在空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，冷熱源的方案選擇由于其關(guān)系到一次投資及運(yùn)行管理費(fèi)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(rèn)為采用冷水機(jī)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(jī)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。
2.1 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(jìn)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(jī)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(bǔ)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(qiáng)制熱媒水流動，又增加了運(yùn)行費(fèi)用。
2.3 真空熱水鍋爐
真空熱水鍋爐是利用負(fù)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(fù)壓狀態(tài)運(yùn)行，更安全可靠。
3 真空熱水鍋爐的特點(diǎn)
3.1 安全可靠：由于真空鍋爐始終在負(fù)壓狀態(tài)下運(yùn)行，所以無膨脹爆炸的危險(xiǎn)，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(jī)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(hù)，保證了真空鍋爐運(yùn)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(fù)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(jī)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(yùn)行費(fèi)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(jìn)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(diǎn)就低于100℃：壓力為0.7bar，沸點(diǎn)為90℃；壓力為0.3bar，沸點(diǎn)為70℃；壓力為0.1ba，沸點(diǎn)為40℃。（詳見圖一）
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(fù)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(fù)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）
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(dāng)空調(diào)供水溫度達(dá)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?fàn)t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(yùn)行的穩(wěn)定性及控制的精確度。
真空熱水鍋爐的運(yùn)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(fù)壓下運(yùn)行，且為保證換熱器的換熱效率。一旦在爐內(nèi)進(jìn)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(jì)時，考慮了多重的安全保護(hù)裝置：
4.4.1 溫度保護(hù)裝置：設(shè)有高靈敏度的溫度傳感器,與控制器相連，當(dāng)熱媒水溫度超過設(shè)定溫度(95℃)時，機(jī)組就自動報(bào)警并停止一切輸出。
4.4.2 壓力保護(hù)裝置：設(shè)有高靈敏的真空壓力控制器，當(dāng)爐內(nèi)壓力高于設(shè)定壓力（1.0bar）時，機(jī)組就自動報(bào)警并停止一切輸出。
4.4.3 機(jī)組設(shè)有機(jī)械防爆的溶解栓：當(dāng)機(jī)組在溫度控制及壓力控制均失效的情況下，機(jī)組所設(shè)的低溶點(diǎn)合金的溶解栓，在溫度超過設(shè)定值時就會自動泄壓，使?fàn)t內(nèi)與大氣相通，從根本上杜絕了機(jī)組爆炸的可能。
4.4.4 機(jī)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(jī)組就會自動報(bào)警提示。
5 真空熱水鍋爐與常壓熱水鍋爐的價(jià)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(jià)格體積比較如下：
以上體積比較均直接按樣本計(jì)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(jià)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(jià)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(yàn)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(biāo)準(zhǔn)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(fù)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(jī)構(gòu)進(jìn)行確認(rèn)，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(jì)的，這也使真空熱水鍋爐的使用更為廣闊了。
7 使用實(shí)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(jì)為商場，總建筑面積約15000平方米。1995年初完成施工圖設(shè)計(jì)，1996 年竣工。根據(jù)蘇州地區(qū)的特點(diǎn)，對于一般商場設(shè)計(jì)，當(dāng)時在設(shè)計(jì)時僅考慮夏季空調(diào)，沒有考慮冬季采暖。冷凍機(jī)房設(shè)于一層輔房內(nèi)，設(shè)計(jì)選用了一臺1750KW的離心式冷水機(jī)組及二臺465KW 的多機(jī)頭往復(fù)式冷水機(jī)組。末端設(shè)備采用了吊裝式空調(diào)器配新風(fēng)機(jī)組的處理方案。
在1999 年末，“福記”進(jìn)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(jì)者參與了該改造工程的設(shè)計(jì)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(jī)盤管加新風(fēng)、排風(fēng)系統(tǒng)，大堂內(nèi)保留原有的吊裝機(jī)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(yùn)行費(fèi)用均要節(jié)約，且運(yùn)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(jì)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）
由于餐飲業(yè)的特殊性，為減少運(yùn)行費(fèi)用，空調(diào)一般為間隙運(yùn)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(jī)30分鐘內(nèi)，就可達(dá)到空調(diào)供水溫度，（筆者認(rèn)為，如果在鍋爐工作時，將空調(diào)末端關(guān)閉，僅運(yùn)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(jī)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(jī)后，工人反映空調(diào)系統(tǒng)還可繼續(xù)運(yùn)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(yùn)行了五個冬季。據(jù)操作工人介紹，沒有發(fā)生任何故障，運(yùn)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(jì)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(fù)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(xiàng)目作為冬季熱源，在改造項(xiàng)目中更具有一定的優(yōu)勢。因?yàn)椴恍枰?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(jì)上的認(rèn)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?yàn)槠涔ぷ鲏毫Σ煌凸ぷ髟淼牟煌鴧^(qū)別對待，依然是一視同仁。對此我認(rèn)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(jī)或冷凍機(jī)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?xì)廨斔凸艿老到y(tǒng)）按照消防設(shè)計(jì)要求進(jìn)行設(shè)計(jì)，而對于真空熱水鍋爐所在機(jī)房的位置，機(jī)房的設(shè)計(jì)要求，應(yīng)予適當(dāng)放寬現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)。
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(yùn)行，是一較為穩(wěn)定的負(fù)荷，而熱水供應(yīng)是間斷性供應(yīng)，是一變化較大的負(fù)荷。為滿足熱水供應(yīng)的運(yùn)行，一般在空調(diào)循環(huán)水管上采用旁通的辦法解決，當(dāng)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(dá)到設(shè)計(jì)要求。
8.3 使用地域的限制
由于真空鍋爐始終在負(fù)壓下運(yùn)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(dāng)?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(yùn)行的情況。制造商在產(chǎn)品設(shè)計(jì)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(jī)型的價(jià)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(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)，對于我們的能源結(jié)構(gòu)會有所調(diào)整，而燃?xì)庑驼婵斟仩t將會得到更為廣泛的應(yīng)用。
