??
在空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計中，冷熱源的方案選擇由于其關(guān)系到一次投資及運行管理費用的大小而倍受關(guān)注，對于采用集中空調(diào)系統(tǒng)的工業(yè)及民用建筑的冷熱源，筆者認為采用冷水機組加燃油（氣）熱水鍋爐不失為是一優(yōu)選的冷熱源方案。夏季采用離心（螺桿）式冷水機組提供7℃~12℃的冷水，冬季使用燃油（氣）熱水鍋爐提供50℃~60℃的熱水。而燃油（氣）熱水鍋爐目前采用較多的有承壓熱水鍋爐、常壓熱水鍋爐，真空熱水鍋爐，而真空熱水鍋爐由于其安全性及高效性而被廣大用戶所重視。
2 熱水鍋爐的比較
2.1 承壓熱水鍋爐：
承壓熱水鍋爐是在鍋筒內(nèi)裝滿水，通過爐膛直接燃燒加熱形成熱水。由于鍋爐出水溫度較高，一般承壓鍋爐的進出水溫為95℃~70℃。而空調(diào)系統(tǒng)的供回水溫為50℃~60℃，這樣系統(tǒng)就需要另設(shè)水—水換熱器。這使空調(diào)熱水系統(tǒng)中必須設(shè)有一次水和二次水兩個系統(tǒng)，系統(tǒng)比較復(fù)雜，機房面積較大。
2.2 常壓熱水鍋爐：
常壓熱水鍋爐也稱為大型燃油熱水器。是鍋爐燃燒加熱熱媒水，而將換熱盤管浸在熱媒水中。熱媒水升溫后通過水—水換熱作用原理加熱盤管中的空調(diào)循環(huán)水。由于鍋筒內(nèi)的熱媒水與大氣相通，至使熱媒水不斷蒸發(fā)，須補充熱媒水，使熱媒水水質(zhì)惡化。水—水換熱盤管的表面容易結(jié)垢，從而降低換熱效率。為了提高水—水換熱效率，配用了內(nèi)部循環(huán)泵強制熱媒水流動，又增加了運行費用。
2.3 真空熱水鍋爐
真空熱水鍋爐是利用負壓狀態(tài)下汽—水換熱（真空凝結(jié)換熱）而加熱換熱盤管中的空調(diào)循環(huán)水。熱媒水在一密閉空間，處于蒸發(fā)和凝結(jié)的循環(huán)過程因而不會減少，水質(zhì)不亦較穩(wěn)定。此外，由于汽—水換熱使換熱效率較高，而且是在負壓狀態(tài)運行，更安全可靠。
3 真空熱水鍋爐的特點
3.1 安全可靠：由于真空鍋爐始終在負壓狀態(tài)下運行，所以無膨脹爆炸的危險，使其具有了常壓鍋爐和承壓鍋爐所無法比擬的安全可靠性能。
3.2 使用壽命長：由于真空鍋爐使用了高純度及特殊脫氧處理的熱媒水，使其爐內(nèi)不結(jié)垢，而且爐內(nèi)保持高真空的無氧狀態(tài)，大大降低了爐內(nèi)腐蝕，機組出廠前一次性充入熱媒水，由于熱媒水是在一密閉的空間內(nèi)重復(fù)蒸發(fā)及冷凝的循環(huán)，所以一般在使用壽命內(nèi)不需要更換，大大方便了使用者，避免了復(fù)雜的鍋爐保養(yǎng)工作，也使真空鍋爐的使用壽命較一般常壓熱水鍋爐長很多。據(jù)有關(guān)資料顯示，常壓熱水鍋爐一般為8~10年，而真空鍋爐的使用壽命一般在15年以上。
3.3 多重的安全保護，保證了真空鍋爐運行的安全性。
3.4 效率高：由于是汽--水換熱，整個換熱盤管被負壓飽和蒸汽所包圍，處于濕盤管的工作狀態(tài)，換熱效率大大高于水--水換熱。所以真空鍋爐的體積較小，效率較高，對于機房較小的場所更體現(xiàn)了優(yōu)越性。而且由于汽水換熱也使其預(yù)熱時間較短，節(jié)約了運行費用。
4 真空熱水鍋爐的工作原理
4.1 真空熱水鍋爐是利用水在不同的壓力下，其沸騰溫度不同的特性進行工作的，例如：在一個大氣壓（1bar）下，水的沸騰溫度為100℃。壓力低于1bar，水的沸點就低于100℃：壓力為0.7bar，沸點為90℃；壓力為0.3bar，沸點為70℃；壓力為0.1ba，沸點為40℃。（詳見圖一）
真空熱水鍋爐在空調(diào)系統(tǒng)中的應(yīng)用
（圖一）水在不同壓力下蒸發(fā)溫度
4.2 真空熱水鍋爐內(nèi)部空間通過真空泵抽氣后形成一個一定真空度的真空腔，爐膛燃燒后使熱媒水在真空腔中沸騰汽化產(chǎn)生負壓水蒸汽后，蒸汽在換熱管表面凝結(jié)，將管內(nèi)冷水加熱升溫，管內(nèi)的空調(diào)循環(huán)水經(jīng)空調(diào)循環(huán)泵將加熱的水送至系統(tǒng)的末端裝置。而管外的負壓水蒸汽則被冷卻凝結(jié)成水滴滴回液面再被加熱重新汽化，從而完成整個循環(huán)過程。（詳見圖二）
真空熱水鍋爐在空調(diào)系統(tǒng)中的應(yīng)用
（圖二）真空鍋爐原理圖
4.3 真空熱水鍋爐一般利用出水溫度控制燃燒器的開啟。當空調(diào)供水溫度達到60℃時，燃燒器就停止工作。由于真空鍋爐在出廠前，已抽真空并使爐內(nèi)絕對壓力為5Pa，所以爐膛內(nèi)的水蒸汽始終處于飽和狀態(tài)，只要燃燒器一工作熱媒水立即就會蒸發(fā)，從而保證了運行的穩(wěn)定性及控制的精確度。
真空熱水鍋爐的運行關(guān)鍵是爐內(nèi)真空度的保證，鍋爐應(yīng)始終保持爐內(nèi)的真空狀態(tài)。保證爐內(nèi)的真空度，不僅是為保證鍋爐的安全性，使其始終在負壓下運行，且為保證換熱器的換熱效率。一旦在爐內(nèi)進入少部分空氣，該部分空氣就會形成不凝性氣體而附著在換熱器的表面，從而降低換熱效率。此時,可開啟真空泵保證爐內(nèi)的真空度。
4.4 真空熱水鍋爐的正常工作溫度低于90℃，工作壓力小于0.7bar(絕對壓力)，屬真空容器，在鍋爐本體設(shè)計時，考慮了多重的安全保護裝置：
4.4.1 溫度保護裝置：設(shè)有高靈敏度的溫度傳感器,與控制器相連，當熱媒水溫度超過設(shè)定溫度(95℃)時，機組就自動報警并停止一切輸出。
4.4.2 壓力保護裝置：設(shè)有高靈敏的真空壓力控制器，當爐內(nèi)壓力高于設(shè)定壓力（1.0bar）時，機組就自動報警并停止一切輸出。
4.4.3 機組設(shè)有機械防爆的溶解栓：當機組在溫度控制及壓力控制均失效的情況下，機組所設(shè)的低溶點合金的溶解栓，在溫度超過設(shè)定值時就會自動泄壓，使爐內(nèi)與大氣相通，從根本上杜絕了機組爆炸的可能。
4.4.4 機組設(shè)有高低水位控制電極，確保爐內(nèi)的熱媒水量在正常范圍內(nèi)。如超出一定范圍，機組就會自動報警提示。
5 真空熱水鍋爐與常壓熱水鍋爐的價格及體積比較
由于承壓熱水鍋爐系統(tǒng)比較復(fù)雜，所以目前冬季空調(diào)供熱采用真空熱水鍋爐與常壓熱水鍋爐居多，二者的價格體積比較如下：
真空熱水鍋爐與常壓熱水鍋爐的價格比較：
真空熱水鍋爐在空調(diào)系統(tǒng)中的應(yīng)用
真空熱水鍋爐與常壓熱水鍋爐的體積比較：
真空熱水鍋爐在空調(diào)系統(tǒng)中的應(yīng)用
以上體積比較均直接按樣本計算，均不包含燃燒器部分。
從以上表格可以看出，真空熱水鍋爐在體積上要小于常壓熱水鍋爐30%以上，價格基本持平，在大容量鍋爐上，真空熱水鍋爐還略有優(yōu)勢。常壓熱水鍋爐的價格較高可能是由于該鍋爐的內(nèi)置式換熱器面積大于真空熱水鍋爐，且需設(shè)置內(nèi)部循環(huán)泵的原因。
6 國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局對熱水鍋爐的使用要求
由于真空鍋爐特有的工作原理，使其具有了廣泛的應(yīng)用場合。
根據(jù)國家質(zhì)量監(jiān)督檢疫總局在2002 年5 月所發(fā)的《國質(zhì)檢鍋函（2002）288號》文件，其中第六條明確規(guī)定了真空相變鍋爐的有關(guān)管理辦法：“真空相變鍋爐因其介質(zhì)流通的壓力低于大氣壓，因而不會發(fā)生爆炸事故。制造企業(yè)應(yīng)按標準制造真空鍋爐，并且承擔(dān)告知用戶（含鍋爐安裝者）安全使用，保證使用時鍋爐系統(tǒng)始終處于真空狀態(tài)的法律責(zé)任。真空相變鍋爐的安裝單位對安裝質(zhì)量符合制造企業(yè)規(guī)定的安裝要求負責(zé)。符合上述要求的真空相變鍋爐安裝后不必由質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督行政部門鍋爐壓力容器安全監(jiān)察機構(gòu)進行確認，也不必辦理使用登記注冊手續(xù)。”
與此同時，對于承壓及常壓熱水鍋爐，技術(shù)質(zhì)量監(jiān)督部門仍有登記注冊及年檢的要求。由于真空熱水鍋爐不屬于壓力容器，使用真空熱水鍋爐可以免除登記注冊及每年的年檢，且其操作人員亦無必要持有鍋爐工上崗證，這對于業(yè)主來說無疑是很方便及經(jīng)濟的，這也使真空熱水鍋爐的使用更為廣闊了。
7 使用實例分析
蘇州福記好世界飯店位于新區(qū)獅山路，該建筑物原設(shè)計為商場，總建筑面積約15000平方米。1995年初完成施工圖設(shè)計，1996 年竣工。根據(jù)蘇州地區(qū)的特點，對于一般商場設(shè)計，當時在設(shè)計時僅考慮夏季空調(diào)，沒有考慮冬季采暖。冷凍機房設(shè)于一層輔房內(nèi)，設(shè)計選用了一臺1750KW的離心式冷水機組及二臺465KW 的多機頭往復(fù)式冷水機組。末端設(shè)備采用了吊裝式空調(diào)器配新風(fēng)機組的處理方案。
在1999 年末，“福記”進駐新區(qū)，將該建筑物租賃十年，改作餐飲業(yè)。筆者作為原設(shè)計者參與了該改造工程的設(shè)計工作。改為飯店后在末端的處理上就將包廂內(nèi)改為風(fēng)機盤管加新風(fēng)、排風(fēng)系統(tǒng)，大堂內(nèi)保留原有的吊裝機組加新風(fēng)的處理方案。
由于飯店在冬季需要供暖，對冬季熱源的方案，曾多次與業(yè)主討論，本著一次投資與運行費用均要節(jié)約，且運行管理要簡單，不需專業(yè)鍋爐工人的原則，最后選用了兩臺930KW的真空熱水鍋爐。
設(shè)計時在底層隔出一鍋爐房，有直接對外的門及窗戶。鍋爐房與底層其它房間用磚墻隔開。鍋爐房內(nèi)設(shè)兩臺930KW的燃油真空熱水鍋爐，熱水循環(huán)泵三臺，二用一備。（空調(diào)水管道流程可詳見圖三）
真空熱水鍋爐在空調(diào)系統(tǒng)中的應(yīng)用
（圖三）空調(diào)系統(tǒng)熱水管道流程圖
由于餐飲業(yè)的特殊性，為減少運行費用，空調(diào)一般為間隙運行。即客人來了才開，客人走了就關(guān)。“福記”是在每天的中午和晚上各開兩個小時。據(jù)操作工人反映一般在鍋爐開機30分鐘內(nèi)，就可達到空調(diào)供水溫度，（筆者認為，如果在鍋爐工作時，將空調(diào)末端關(guān)閉，僅運行空調(diào)水系統(tǒng)，將會大大降低預(yù)熱時間。）一般鍋爐開機后就毋須專人看管，操作工人也是隔一小時來觀察一次，工人戲稱為“傻瓜鍋爐”。在鍋爐停機后，工人反映空調(diào)系統(tǒng)還可繼續(xù)運行30分鐘，此時系統(tǒng)水溫約降至30℃左右。
自99 年12月至今，兩臺真空熱水鍋爐已運行了五個冬季。據(jù)操作工人介紹，沒有發(fā)生任何故障，運行一直很正常，平時也不需要什么保養(yǎng)，感到操作非常簡便。由于真空熱水鍋爐燃油和廚房燃油合用一個貯油罐，所以無法精確地計算出真空熱水鍋爐的耗油量。
8 問題討論
真空熱水鍋爐由于采用負壓蒸汽間接加熱，所以換熱器可以承受系統(tǒng)較高的水壓力，所以真空熱水鍋爐可廣泛應(yīng)用于大中型的空調(diào)項目作為冬季熱源，在改造項目中更具有一定的優(yōu)勢。因為不需要經(jīng)技術(shù)監(jiān)督局的審核及專業(yè)的鍋爐操作工，給業(yè)主的使用及管理上帶來很多的便利。
8.1 消防設(shè)計上的認可
目前消防建審部門對承壓熱水鍋爐、常壓熱水鍋爐和真空熱水鍋爐沒有因為其工作壓力不同和工作原理的不同而區(qū)別對待，依然是一視同仁。對此我認為，由于真空熱水鍋爐工作原理的特殊性，其本體就類似于一個換熱器、空氣處理機或冷凍機組內(nèi)的蒸發(fā)盤管，僅需對其燃料輸送系統(tǒng)（貯油罐、日用油箱、輸油管道系統(tǒng)或燃氣輸送管道系統(tǒng)）按照消防設(shè)計要求進行設(shè)計，而對于真空熱水鍋爐所在機房的位置，機房的設(shè)計要求，應(yīng)予適當放寬現(xiàn)行標準。
8.2 同時供應(yīng)空調(diào)熱水與熱水供應(yīng)
目前真空熱水鍋爐的有關(guān)資料均表示如再加上一組換熱盤管就可以同時提供空調(diào)供熱及熱水供應(yīng)。但由于空調(diào)是連續(xù)運行，是一較為穩(wěn)定的負荷，而熱水供應(yīng)是間斷性供應(yīng)，是一變化較大的負荷。為滿足熱水供應(yīng)的運行，一般在空調(diào)循環(huán)水管上采用旁通的辦法解決，當然應(yīng)設(shè)置一定的控制裝置，從而使空調(diào)循環(huán)水溫度達到設(shè)計要求。
8.3 使用地域的限制
由于真空鍋爐始終在負壓下運行，其出水溫度一般低于90℃，這使在北方地區(qū)采用自然對流采暖工程的應(yīng)用上受到了一些限制。
8.4 真空鍋爐是否存在正壓使用的情況
在海拔很高的地區(qū)，由于當?shù)氐臍鈮狠^低。(西藏拉薩冬季大氣壓力為0.68bar，四川甘孜冬季大氣壓力為0.67bar)此時，真空鍋爐是否會出現(xiàn)爐內(nèi)壓力大于爐外壓力，而使真空鍋爐在正壓下運行的情況。制造商在產(chǎn)品設(shè)計時是否考慮到了這個問題？
9 結(jié)論
真空熱水鍋爐在日本及韓國具有很大的市場，而且已經(jīng)有很多年的歷史。近年來在我國也逐漸有了一些使用，但由于其加工要求較高，所以在小容量機型的價格還略高于常壓鍋爐，使其在競爭中還沒有完全占有優(yōu)勢。但由于其結(jié)構(gòu)的特殊性，而且使用時不需經(jīng)技術(shù)監(jiān)督局的審核及年檢，也不需要專業(yè)的鍋爐操作工，這也吸引了許多的業(yè)主。在目前西氣東輸工程的背景下，西部豐富的油氣資源即將供應(yīng)到長江三角洲經(jīng)濟發(fā)達地區(qū)，對于我們的能源結(jié)構(gòu)會有所調(diào)整，而燃氣型真空鍋爐將會得到更為廣泛的應(yīng)用。
