技术丨套管与板换壁挂炉测试对比分析

2016-05-23  来自: 烟台时代信博暖通科技有限公司 浏览次数:374

1 国内壁挂炉市场现状

上个世纪末,燃气采暖热水炉开始进入中国市场,燃气采暖热水炉已经成为继燃气热水器、燃气灶具后的第三大燃气具产品。从在普通热水器上加循环水泵到单暖机,到板换机再到套管机,其结构历史已经发展了二十几年。

目前国内大气式燃烧结构仍然占主体地位,主要为套管式结构和板换式结构,冷凝机由于其结构和加工工艺的限制均为板换机,同时若将冷凝机(包括全预混和烟气回收型冷凝机)做成套管式结构,则在卫浴状态下二级换热器中(或集成式换热器中)管中管结构外层水温(供暖回路水温)较高、传热效果较差,不利于烟气中水蒸气的冷凝,也就达不到冷凝机的效果,其热效率也相对较低,因此冷凝机的结构全部都是板换式结构。而作为市场主力军普通非冷凝壁挂炉又以套管式结构为主,本文将对占市场主体地位、结构性能均非常成熟稳定的套管式壁挂炉与普通板换式壁挂炉进行剖析。

2 卫浴制热水原理

2.1 套管机卫浴制热水原理

套管式壁挂炉结构如图1所示,自来水经生活进水阀26后,进水温度传感器将进水温度反馈给主控制器,主控制器通过进水温度和水流量传感器的水流量大小信号,快速、粗略地计算燃气量。水流则直接进入换热器3内层进行加热,达到指定的温度后自出水阀29流出,同时主控制器会通过洗浴出水温度探头11的温度地调节燃气量,使出水达到指定的温度,提供给用户使用。套管机的换热器管中管剖面结构如图2所示,在卫浴状态下采暖水静止不动,采暖水吸收到热量以后直接传给卫浴水,通过管中管来进行二次换热将卫浴水加热。


图1 套管式壁挂炉结构原理


图2 套管机管中管剖面结构


2.2 板换机卫浴制热水原理


板换式壁挂炉结构原理如图3所示,自来水经过进水阀带动水流传感器,信号传到主板,主板控制三通阀6,其动作时壁挂炉进入洗浴状态。供暖回路通过板式换热器形成内循环,将热量传递给板换。同时卫浴水进入板换,与板换进行换热后经出水阀流出,流经出水阀是洗浴温度传感器7将温度信号反馈给主板,主板通过燃气比例阀5控制燃气量,从而使水温达到指定温度,提供给用户使用。


板换式壁挂炉主换热器中没有类似于套管机的管中管结构,卫浴制热水是通过板式换热器来进行二次换热的。板式换热器的结构如图4所示,其蜂窝状结构一层走洗浴水一层走供暖内循环水,相互交错,并且水流方向相反进行壁面换热。


图3 板换式壁挂炉结构原理


图4 板式换热器内部剖面结构

3 套管式壁挂炉与板换式壁挂炉结构性能分析

3.1 热效率

燃气壁挂炉的热输入总量:

 

燃气壁挂炉的热输出总量:


由能量守恒定律可知:

其中:——燃烧空气带入的热;

     ——燃气带入的物理热;

   ——燃气带入的化学热(按低热值计算);

    ——被加热水获得的有效热量;

    ——烟气带走的热;

    ——设备散热损失;

由上式可以看出:燃气壁挂炉的热损失主要是设备热损失和烟气带走的热损失,因此非冷凝壁挂炉的实际热效率(假设水蒸气没有一点冷凝):


其中:——设备热损失;——烟气带走的热损失;

壁挂炉的散热损失与壁挂炉的结构形式和设备表面温度有关,可按下式计算:


其中:——壁挂炉对环境空气表面换热系数;

     ——壁挂炉散热表面积;

        ——壁挂炉外表面平均温度;

        ——环境空气温度;

由上式计算可得:壁挂炉散热损失在1%~7%之间。


烟气带走的热损失与过剩空气系数、排烟温度有直接的联系。非冷凝式壁挂炉为了防止冷凝水的产生,标准强制规定排烟温度必须大于110℃,市场大多数壁挂炉温度均在130℃左右。为保证燃气的充分燃烧,过剩空气系数一般在1.8左右。因此:


其中:——烟气的体积;

    ——烟气的定压比热;

     ——排烟温度;

    ——空气的体积;

    ——空气的定压比热;

    ——空气的温度;

   ——燃气的体积;

  ——燃气的定压比热;

  ——燃气的温度;


由上式计算可得:烟气损失热效率在6%~8%之间。因此壁挂炉实际计算效率在85%~93%之间。目前无论是板换机型还是套管机型、(非冷凝机)热效率均可达到90%以上,由于局部空气分布的不均匀,若将非冷凝机热效率再向上提升,将在集烟罩、风机等局部产生冷凝水。冷凝水倒流回热交换器将腐蚀热交换器,导致热交换器的寿命将大大下降。因此板换机和套管机在热效率方面都没有明显差异。

3.2 停水温升


3.2.1停水温升形成原理


即热式燃气壁挂炉由于热交换器的热惰性都会产生停水温升,停水、停气后能量守恒方程(在此没考虑热交换器向空气中的散热)如下:


其中: ——出热水温度;

      ——热交换器中卫浴水路容积;

      ——水的比热容;

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