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在某些工作中看到多个锅炉通过管道连接在一起并不罕见(见图1)。您可能试图通过这样做来完成许多事情。通常情况下,你需要多个锅炉来弥补热量损失,但有多个小锅炉可能比一个大锅炉更便宜。
在那些关键任务应用程序中,冗余也很常见。事实上,它变得如此普遍,以至于许多锅炉制造商都能够在他们的控制中运行多个锅炉,而无需额外的硬件。
在这一点上,多个热源出现的另一个原因并不常见。随着化石燃料即将被淘汰,你最喜欢的锅炉很有可能会被一些更奇特、更环保、充满制冷剂的东西所取代。
地源热泵和空气源热泵已经存在了很长时间,但正在走向水力加热设计的前沿。虽然它们是迈向碳中和建筑的合乎逻辑的下一步,但它们并非没有障碍——最大的障碍是它们在设计日能够弥补热量损失的能力。
覆盖热损失不是一个适当大小的地源热泵系统的问题,因为它有一个更一致的热源。然而,我也看到过一些故意缩小的环路场,因为果汁不值得压榨,因为你可以在一年中的几个设计日里有一个补充热源(电阻,燃气锅炉等)。这似乎有悖常理,但与全化石燃料的选择相比,它可能仍然更具成本效益。
我们还看到空气源热泵在北美水力供热市场取得了进展。它们是没有环路场的地源装置的替代方案,但依赖于不一致的室外空气温度作为热源。这些空气源系统在低环境温度下的加热输出一直在变得越来越好。然而,与地热类似,根据设计日来确定机组的大小可能没有意义。
由于设备的电气要求,可能无法覆盖整个负载。投资回报也可能是一个制约因素,因为与其他选择相比,增加另一个循环或吨的成本可能需要数十年才能收回。这就是备用或补充热源将变得越来越普遍的地方。
考虑到这一点,不同的管道配置和控制可以达到或破坏系统的性能和客户的期望。
性能管路
第一种管道布置(见图1)非常标准:使用相同的供应和返回集管,将多个热源输送到单一形式的水力分离。水力分离的典型选择包括紧密间隔三通和低损耗集管(水力分离器)。如果你有类似的热源,比如两个高效的燃气锅炉,这个选择会很好。锅炉可单独运行,也可联合运行,质量小,恢复快,可设置为冷启动。
当将热泵与备用锅炉(化石燃料或电阻)结合使用时,我建议将封闭三通或低损耗集管切换为缓冲罐(见图2)。缓冲罐的附加质量充当蓄电池,可以帮助抵消热泵较慢的恢复时间。当使用低质量的热辐射器,如面板散热器时,这一点尤为重要。
有了快速反应的热辐射器,准备好热量是很重要的。缓冲罐还允许更有利的控制策略,使用多级设定值控制,操作来自罐内传感器的热源,而不是作为由生活空间中的恒温器启动的冷启动热源。
您还会注意到传统缓冲罐的管道方式略有不同。与典型的四管配置不同,采用了三管配置。通过这种方法,你有一个缓冲罐的好处,同时允许热量直接从热源到负载,而不必通过缓冲罐。这样做的好处是更快的恢复与前面提到的面板散热器。
当罐内设定值控制的传感器满足并且热源关闭时,它还可以让系统循环器从缓冲罐中拔出。
在某些应用中,例如仓库,也有机会放弃缓冲罐,并将其换成混凝土板和地板内油管。这种混凝土和它的热性能对热量的反应不那么快,但当门打开时,它也不会很快释放所有的热量。
把它想象成你在十字路口耐心等待去赴约的那列火车。它可能以每小时20英里的速度经过,但它花了多长时间才跑那么快?减速停车需要多长时间?大质量供暖系统类似于那列看似永无止境的火车。
即使使用大板,您仍然需要水力分离,但没有缓冲罐的额外质量(见图3)。对于较低的δ T和较高的热泵流量要求,负载的流量需求可能不匹配。水力分离允许这些流量不同而不冲突。在这种情况下,可以使用带有室外复位的多级设定值控制,在平板和系统供应管道上的传感器中有连续的流量。
逻辑控制
控制多个热源是另一项任务,与管道一样需要关注,如果不是更多的话。有很多方法可以做到这一点,通过售后控制,甚至控制内置于热泵。为了保持一个舒适的空间,这些控制需要逻辑启动,停止和从一个热源转换到另一个。这通常是因为空气源热泵由于高回收需求或由于低环境导致的输出减少而无法保持。
在这种配置中关闭空气源热泵的另一个原因是它不具有成本效益。如果您的补充/备用热源是电锅炉,它的性能系数将为1。很有可能,即使在较低的环境条件下,你的热泵仍然能够超过这个温度。
然而,如果你的备用热源使用的是化石燃料,那么在你的热泵运行中可能会有一个点,那就是运行燃气锅炉更便宜。这一点是一个移动的目标,基于燃料或电力的潜在波动成本。网站可以根据成本和设备效率来比较不同类型的燃料。我强烈建议大家去看看(一个这样的网站是https://bit.ly/3PiNqZx)。
最终,有很多方法可以完成您的系统所需要的东西,虽然它可能不在您明天的盘子上,但它肯定会到来。我鼓励每个人对管道和控制多个热源更加熟悉。作为一个行业,我们需要把这个“问题”视为一个机会,以提高我们的技能,并为我们的客户提供更多的解决方案。