1 引言
在空調系統設計中，冷熱源的方案選擇由于其關系到一次投資及運行管理費用的大小而倍受關注，對于采用集中空調系統的工業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℃。而空調系統的供回水溫為50℃~60℃，這樣系統就需要另設水—水換熱器。這使空調熱水系統中設有一次水和二次水兩個系統，系統比較復雜，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循環水。由于鍋筒內的熱媒水與大氣相通，至使熱媒水不斷蒸發，須補充熱媒水，使熱媒水水質惡化。水—水換熱盤管的表面容易結垢，從而降低換熱效率。為了提高水—水換熱效率，配用了內部循環泵強制熱媒水流動，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下汽—水換熱（真空凝結換熱）而加熱換熱盤管中的空調循環水。熱媒水在一密閉空間，處于蒸發和凝結的循環過程因而不會減少，水質不亦較穩定。此外，由于汽—水換熱使換熱效率較高，而且是在負壓狀態運行，更。
3 真空熱水鍋爐的特點
3.1 ：由于真空鍋爐在負壓狀態下運行，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性能。
3.2 使用壽命長：由于真空鍋爐使用了高純度及脫氧處理的熱媒水，使其爐內不結垢，而且爐內保持高真空的無氧狀態，大大降低了爐內腐蝕，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重復蒸發及冷凝的循環，所以一般在使用壽命內不需要更換，大大方便了使用者，避免了復雜的鍋爐保養工作，也使真空鍋爐的使用壽命較一般常壓熱水鍋爐長很多。據有關資料顯示，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 多重的保護，了真空鍋爐運行的性。
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，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了性。而且由于汽水換熱也使其預熱時間較短，節約了運行費用。
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）
（圖一）水在不同壓力下蒸發溫度
4.2 真空熱水鍋爐內部空間通過真空泵抽氣后形成一個真空度的真空腔，爐膛燃燒后使熱媒水在真空腔中沸騰汽化產生負壓水蒸汽后，蒸汽在換熱管表面凝結，將管內冷水加熱升溫，管內的空調循環水經空調循環泵將加熱的水送至系統的末端裝置。而管外的負壓水蒸汽則被冷卻凝結成水滴滴回液面再被加熱重新汽化，從而完成整個循環過程。（詳見圖二）
（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，已抽真空并使爐內壓力為5Pa，所以爐膛內的水蒸汽處于飽和狀態，只要燃燒器一工作熱媒水立即就會蒸發，從而了運行的穩定性及控制的度。
真空熱水鍋爐的運行關鍵是爐內真空度的，鍋爐應保持爐內的真空狀態。爐內的真空度，不僅是為鍋爐的性，使其在負壓下運行，且為換熱器的換熱效率。一旦在爐內進入少部分空氣，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,可開啟真空泵爐內的真空度。
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(壓力)，屬真空容器，在鍋爐本體設計時，考慮了多重的保護裝置：
4.4.1 溫度保護裝置：設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定溫度(95℃)時，機組就自動報警并停止輸出。
4.4.2 壓力保護裝置：設有高靈敏的真空壓力控制器，當爐內壓力高于設定壓力（1.0bar）時，機組就自動報警并停止輸出。
4.4.3 機組設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，機組所設的低溶點合金的溶解栓，在溫度超過設定值時就會自動泄壓，使爐內與大氣相通，從根本上杜絕了機組爆炸的可能。
4.4.4 機組設有高低水位控制電極，爐內的熱媒水量在正常范圍內。如超出范圍，機組就會自動報警提示。
由于承壓熱水鍋爐系統比較復雜，所以目前冬季空調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：
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勢。常壓熱水鍋爐的價格較高可能是由于該鍋爐的內置式換熱器面積大于真空熱水鍋爐，且需設置內部循環泵的原因。
6 質量監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用場合。
根據質量監督檢疫總局在2002 年5 月所發的《國質檢鍋函（2002）288號》文件，其中第六條明確規定了真空相變鍋爐的有關管理辦法：真空相變鍋爐因其介質流通的壓力低于大氣壓，因而不會發生爆炸事故。制造企業應按標準制造真空鍋爐，并且承擔告知用戶（含鍋爐安裝者）使用，使用時鍋爐系統處于真空狀態的法律責任。真空相變鍋爐的安裝單位對安裝質量符合制造企業規定的安裝要求負責。符合上述要求的真空相變鍋爐安裝后不必由質量技術監督行政部門鍋爐壓力容器監察機構進行確認，也不必辦理使用登記注冊手續。
與此同時，對于承壓及常壓熱水鍋爐，技術質量監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，且其操作人員亦無持有鍋爐工上崗證，這對于業主來說無疑是很方便及經濟的，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獅山路，該建筑物原設計為商場，總建筑面積約15000平方米。1995年初完成施工圖設計，1996 年竣工。根據蘇州地區的特點，對于一般商場設計，當時在設計時僅考慮夏季空調，沒有考慮冬季采暖。冷凍機房設于一層輔房內，設計選用了一臺1750KW的離心式冷水機組及二臺465KW 的多機頭往復式冷水機組。末端設備采用了吊裝式空調器配新風機組的處理方案。
在1999 年末，福記進駐新區，將該建筑物租賃十年，改作餐飲業。筆者作為原設計者參與了該改造工程的設計工作。改為飯店后在末端的處理上就將包廂內改為風機盤管加新風、排風系統，大堂內保留原有的吊裝機組加新風的處理方案。
由于飯店在冬季需要供暖，對冬季熱源的方案，曾多次與業主討論，本著一次投資與運行費用均要節約，且運行管理要簡單，不需鍋爐工人的原則，后選用了兩臺930KW的真空熱水鍋爐。
設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。鍋爐房內設兩臺930KW的燃油真空熱水鍋爐，熱水循環泵三臺，二用一備。（空調水管道流程可詳見圖三）
（圖三）空調系統熱水管道流程圖
由于餐飲業的性，為減少運行費用，空調一般為間隙運行。即客人來了才開，客人走了就關。福記是在每天的中午和晚上各開兩個小時。據操作工人反映一般在鍋爐開機30分鐘內，就可達到空調供水溫度，（筆者認為，如果在鍋爐工作時，將空調末端關閉，僅運行空調水系統，將會大大降低預熱時間。）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，工人反映空調系統還可繼續運行30分鐘，此時系統水溫約降至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。據操作工人介紹，沒有發生任何故障，運行一直很正常，平時也不需要什么保養，感到操作簡便。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較高的水壓力，所以真空熱水鍋爐可廣泛應用于大中型的空調項目作為冬季熱源，在改造項目中更具有的優勢。因為不需要經技術監督局的審核及的鍋爐操作工，給業主的使用及管理上帶來很多的便利。
8.1 消防設計上的
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性，其本體就類似于一個換熱器、空氣處理機或冷凍機組內的蒸發盤管，僅需對其燃料輸送系統（貯油罐、日用油箱、輸油管道系統或燃氣輸送管道系統）按照消防設計要求進行設計，而對于真空熱水鍋爐所在機房的位置，機房的設計要求，應予適當放寬現行標準。
8.2 同時供應空調熱水與熱水供應
目前真空熱水鍋爐的有關資料均表示如再加上一組換熱盤管就可以同時提供空調供熱及熱水供應。但由于空調是連續運行，是一較為穩定的負荷，而熱水供應是間斷性供應，是一變化較大的負荷。為滿足熱水供應的運行，一般在空調循環水管上采用旁通的辦法解決，當然應設置的控制裝置，從而使空調循環水溫度達到設計要求。
8.3 使用地域的限制
由于真空鍋爐在負壓下運行，其出水溫度一般低于90℃，這使在北方地區采用自然對流采暖工程的應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，由于當地的氣壓較低。(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爐內壓力大于爐外壓力，而使真空鍋爐在正壓下運行的情況。制造商在產品設計時是否考慮到了這個問題？
9 結論
真空熱水鍋爐在日本及韓國具有很大的市場，而且已經有很多年的歷史。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占有優勢。但由于其結構的性，而且使用時不需經技術監督局的審核及年檢，也不需要的鍋爐操作工，這也吸引了許多的業主。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到長江三角洲經濟發達地區，對于我們的能源結構會有所調整，而燃氣型真空鍋爐將會得到更為廣泛的應用。
作者：徐黎帆。本文來源于互聯網。
