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兩種機型燃氣采暖熱水爐的性能分析

文字:[大][中][小] 2013-11-14  瀏覽次數:2342

摘要:本文對板換機型和套管機型的兩種壁掛爐的結構、原理、性能、壽命、成本多方面進行初步的分析,為用戶選型提供了依據。

關鍵詞:板換  套管  壁掛爐

0 引言

燃氣采暖熱水爐(又稱為壁掛爐),在用途上分為單采暖和采暖洗浴兩用型,在歐洲各國,兩用型只有板式換熱器(簡稱:板換)的和容積式換熱的。套管式的兩用型壁掛爐是中國人的發明。至2010年年底之前,進口品牌中只有德國的博世集團在中國的市場推出套管機型壁掛爐,在歐洲市場根本見不到套管機型的壁掛爐產品。

兩種機型的壁掛爐有很大的差別,對兩種機型壁掛爐的評價,行業內都是眾說紛紜,對于不內行的普通用戶更是疑惑不解。為澄清事實,解除疑惑,本文對兩種機型的壁掛爐結構、原理、性能、壽命及成本多方面進行初步的分析,為用戶選型提供依據。本文內容的某些觀點是在試驗的基礎上推理得出,歡迎持不同意見者進一步討論。

1 結構和換熱原理不同

1.1 板換機型

如圖1所示,板換機型是通過板式換熱器來加熱生活熱水,生活熱水的優先運行是通過水流開關(或水流傳感器)、控制器以及電動三通閥來實現的。打開生活熱水時,水流開關或水流傳感器即刻通知主控制器轉動電動三通閥,使主換熱器的一次高溫熱水導入板換內,加熱生活熱水。關閉熱水時,電動三通閥又自動恢復到采暖系統位置上。

板式換熱器是一種高效換熱器,結構緊湊,換熱面積大,換熱能力強,耐壓高,抗腐蝕,容易清洗,人字形波紋在較低流速以上就能形成湍流。一個體積為192mm×72mm×35mm的板式換熱器,在15K溫差條件下,就能達到20kW的換熱能力。

板換機型使用生活熱水時,水泵不停止工作,是由電動三通閥關閉通往采暖系統的通路,打開通往板換的通路,主換熱器的一次高溫熱水在主換熱器——板換——水泵之間循環流動。

1.2 套管機型

如圖2所示。套管機型就是大管套小管,也叫外管套內管;生活熱水管被嵌套在主換熱器的管內,生活熱水的產生是靠水泵的起、停來控制,當使用生活熱水時,水泵停止工作,通過主換熱器大管內的一次高溫熱水加熱小管內的生活熱水。

1.3 尺寸

以冀能能源設備公司使用的同一換熱器生產廠家的主換熱器為例,板換機型的主換熱器橢圓銅管內徑尺寸為:長軸28mm,短軸13mm,截面積為330mm2;而套管機型是在內徑為:長軸26mm,短軸12mm橢圓銅管內嵌入了外徑為:長軸24,短軸10的橢圓管,截面積只有56mm2

2 性能對比

2.1 生活熱水性能

使用過燃氣熱水器的人都知道,在使用生活熱水過程中,暫時關閉熱水并在短時間內再次打開,由于熱慣性的原因,剛剛流出的熱水溫度要比原來的溫度高許多;這種現象在產品標準中叫做停水溫升。溫度上升的太高就容易燙傷。過去的燃氣采暖熱水爐是使用燃氣熱水器的標準,在燃氣熱水器的產品標準中規定,停水溫升不超過18K,2011年7月1日起,壁掛爐執行GB25034——2010《燃氣采暖熱水爐》標準,新標準第7.8.4.1對停水溫升試驗方法是這樣規定的:

使用額定壓力的基準燃氣,器具處于熱額定負荷運行,調節水流量或水溫控制裝置使生活熱水處于最高水溫下。在器具運行10分鐘后,迅速關閉熱水進水開關,10秒后打開,在盡可能接近熱水出口處,用快速反應溫度計測量水流中心的溫度,讀取其中最高溫度。再按照上述步驟測試,但排水停止時間每次增加10秒。直到獲得最高溫度,檢查是否超過95℃。

GB25034標準6.7.8.1還規定了生活熱水應達到50℃~80℃范圍內,為滿足此項規定,生活熱水的最高溫度一般都設定為60℃。在板換機型中,采暖熱水是流動的,只需要15K的溫差就能獲得足夠的換熱量,即采暖水70℃~75℃時,就能產生額定流量的60℃的生活熱水。而套管機型在使用生活熱水時,水泵停止工作,采暖熱水停止流動。眾所周知,水是熱的不良導體,大套管內相對靜止的高溫熱水對小套管內的生活水進行換熱,需要很高的溫差;至少要達到85℃以上的采暖熱水,才能滿足產生額定流量的生活熱水達到60℃。使用生活熱水時套管機型的壁掛爐要比板換機型的采暖熱水溫度高10~15K以上。

燃氣采暖爐不同于燃氣熱水器,首先,GB25034規定壁掛爐的熱效率是大于(84+2㏒Pn)%,20kW的壁掛爐的熱效率要達到84+2x㏒20=86.602%。要達到2級能效,必須超過88%;而熱水器執行的是GB6932標準,熱效率達到84%就合格。其次,熱水器是直接加熱生活熱水,最高溫度60℃;壁掛爐則以采暖為主,允許長期70℃~80℃運行,由于以上兩點,壁掛爐的主換熱器必須比熱水器的換熱器換熱能力強很多,使用壽命要長很多,因此,管壁和翅片都要厚的多,翅片要焊接在銅管上。在加熱過程中,換熱器和燃燒室本身儲存的熱量也比熱水器的多得多。其停水溫升容易超標。超過28kW以上的套管機型的壁掛爐,按照GB25034檢測,停水溫升一項幾乎無法通過。即使能夠通過標準檢測,其采暖熱效率也要比板換的低許多(肯定是主換熱器的銅管和銅翅片都減薄了)。

而板換機型的壁掛爐是在主換熱器外面,用板換二次換熱,不存在以上問題。

2.2 結垢

閉式壁掛爐采暖系統內一次加水,可以使用幾年也不用補水,即使水質不好,結垢也是很薄的一層,對采暖的熱效率影響不是很嚴重,而生活熱水每次都是用新的自來水,我國北方地區大多數城市是使用地下水,水質硬度高,一般超過65℃就結垢了。套管機型在不使用生活熱水時也被高溫采暖水長期加熱,非常容易結垢,1mm厚度的水垢相當于40mm厚鋼板的熱阻。生活熱水溫度越是上不去,采暖水的溫度就自動升高,停水溫升的溫度就越高,就更容易結垢,形成惡性循環;直到經常發生供熱故障而無法使用。有的廠家在本單位檢測停水溫升不超標,送到檢測部門檢測又超標了,就是因為做幾次試驗后在套管內結垢所致。

板換機型不用生活熱水時,板換不加熱,又不存在停水溫升的問題,一般情況不結垢,只是在個別地區,自來水管道腐蝕,自來水中含有大量的鐵銹,沉積在板換的壁面上,影響生活熱水的換熱效率,需要進行清洗;這種情況主要發生在水路設計不當,板換水平安裝的壁掛爐上。

2.3 阻力

板換的采暖通路截面積是330mm2,套管機型主換熱器采暖通路是3個管并聯使用,其截面積為3×56=168mm2,只有板換機型的二分之一。壁掛爐水泵的揚程本來就只有5~6m,大功率的才7m。套管機型的壁掛爐本身的壓力損失達到了2m以上。剩余揚程不足4m,能達到2m揚程的流量還不到15L/min。如果采暖系統管道長一點,彎頭用的多一點,套管機型壁掛爐在采暖運行中就經常出現因為水流量不夠,升溫速度太快;表現為系統還沒有熱,壁掛爐卻到了設定的溫度而停機。反復啟動、停機,造成燃氣的浪費。

有人認為;板換本身各層之間間隙小,阻力大容易堵塞;實際上是對板換內部結構的不了解。每層的間隙雖然僅2.5~3mm,但是,多層并聯使用,截面積很大,其接口部位不導通的層兩片并在一起,導通的層的間隙就擴大了一倍,即接近了5~6mm;圓柱體的高度等于四分之一直徑時,其側面積就等于圓柱體的截面積;幾個5~6mm加在一起,導通面積遠大于爐內銅管和系統主管道的截面積。板換機型的壁掛爐在使用生活熱水時,板換對壁掛爐的阻力很小;而采暖時采暖熱水不通過板換,如果電動三通閥的口徑足夠大,對系統循環幾乎沒有阻力。

2.4  局部過熱

板換機型的主換熱器是單管流動,截面積大能夠順利排氣,不會形成氣阻而局部過熱。套管機型壁掛爐是3根管并聯使用,很難做到3個管道的流速是均勻的,流速慢的排氣不暢,就會形成氣阻,產生氣阻后流速更慢了,內外管之間靜止的采暖水就會快速加熱,并迅速氣化;無水干燒,造成局部過熱。嚴重的出現大面積翅片與銅管開焊。翅片不能向銅管導熱。最后是翅片熔化,換熱器報廢。

3 生產成本

套管機型壁掛爐主換熱器用銅比較多的,但沒有板換和電動三通閥,控制程序也比較簡單,元器件成本比板換機型的要節省130~180元左右。在市場上兩種機型的產品可能相差幾百元,這里面包含著營銷手段的因素。

4 控制和故障率

中國人的發明畢竟是偉大的,套管機型的壁掛爐也不是一無是處,沒有板換和電動三通閥,在壁掛爐內部減少了許多的接口,發生漏水的可能性就少得多。轉換時不用啟動電動三通閥,主控器從硬件到程序都簡單了許多。總的故障率也就少一些。如果是用于地暖,不使用高溫采暖,也不使用高溫生活熱水(不大于50℃),小功率(20kW以下)的套管機型壁掛爐還是有優勢的。生活熱水管道盡量長一點,就能緩沖停水溫升,就不會燙人。

5 結語

板換機型一般叫做舒適型的,套管機型叫做經濟型,所謂經濟型并不節省能源,只是一次投入節省幾百元。不論是工程還是個人用戶,在選擇壁掛爐時最好是先選機型,后選品牌。在特定的使用條件下,小功率的套管機型壁掛爐可以使用,大功率的壁掛爐就必須選擇板換的了。
 

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