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两种机型燃气采暖热水炉的性能分析
admin      2013-12-26 16:15     来源:中国壁挂炉网     浏览量:951

摘要:本文对板换机型和套管机型的两种壁挂炉的结构、原理、性能、寿命、成本多方面进行初步的分析,为用户选型提供了依据。

关键词:板换  套管  壁挂炉

0 引言

燃气采暖热水炉(又称为壁挂炉),在用途上分为单采暖和采暖洗浴两用型,在欧洲各国,两用型只有板式换热器(简称:板换)的和容积式换热的。套管式的两用型壁挂炉是中国人的发明。至2010年年底之前,进口品牌中只有德国的博世集团在中国的市场推出套管机型壁挂炉,在欧洲市场根本见不到套管机型的壁挂炉产品。

两种机型的壁挂炉有很大的差别,对两种机型壁挂炉的评价,行业内都是众说纷纭,对于不内行的普通用户更是疑惑不解。为澄清事实,解除疑惑,本文对两种机型的壁挂炉结构、原理、性能、寿命及成本多方面进行初步的分析,为用户选型提供依据。本文内容的某些观点是在试验的基础上推理得出,欢迎持不同意见者进一步讨论。

1 结构和换热原理不同

1.1 板换机型

如图1所示,板换机型是通过板式换热器来加热生活热水,生活热水的优先运行是通过水流开关(或水流传感器)、控制器以及电动三通阀来实现的。打开生活热水时,水流开关或水流传感器即刻通知主控制器转动电动三通阀,使主换热器的一次高温热水导入板换内,加热生活热水。关闭热水时,电动三通阀又自动恢复到采暖系统位置上。

板式换热器是一种高效换热器,结构紧凑,换热面积大,换热能力强,耐压高,抗腐蚀,容易清洗,人字形波纹在较低流速以上就能形成湍流。一个体积为192mm×72mm×35mm的板式换热器,在15K温差条件下,就能达到20kW的换热能力。

板换机型使用生活热水时,水泵不停止工作,是由电动三通阀关闭通往采暖系统的通路,打开通往板换的通路,主换热器的一次高温热水在主换热器——板换——水泵之间循环流动。

1.2 套管机型

如图2所示。套管机型就是大管套小管,也叫外管套内管;生活热水管被嵌套在主换热器的管内,生活热水的产生是靠水泵的起、停来控制,当使用生活热水时,水泵停止工作,通过主换热器大管内的一次高温热水加热小管内的生活热水。

1.3 尺寸

以冀能能源设备公司使用的同一换热器生产厂家的主换热器为例,板换机型的主换热器椭圆铜管内径尺寸为:长轴28mm,短轴13mm,截面积为330mm2;而套管机型是在内径为:长轴26mm,短轴12mm椭圆铜管内嵌入了外径为:长轴24,短轴10的椭圆管,截面积只有56mm2

2 性能对比

2.1 生活热水性能

使用过燃气热水器的人都知道,在使用生活热水过程中,暂时关闭热水并在短时间内再次打开,由于热惯性的原因,刚刚流出的热水温度要比原来的温度高许多;这种现象在产品标准中叫做停水温升。温度上升的太高就容易烫伤。过去的燃气采暖热水炉是使用燃气热水器的标准,在燃气热水器的产品标准中规定,停水温升不超过18K,2011年7月1日起,壁挂炉执行GB25034——2010《燃气采暖热水炉》标准,新标准第7.8.4.1对停水温升试验方法是这样规定的:

使用额定压力的基准燃气,器具处于热额定负荷运行,调节水流量或水温控制装置使生活热水处于最高水温下。在器具运行10分钟后,迅速关闭热水进水开关,10秒后打开,在尽可能接近热水出口处,用快速反应温度计测量水流中心的温度,读取其中最高温度。再按照上述步骤测试,但排水停止时间每次增加10秒。直到获得最高温度,检查是否超过95℃。

GB25034标准6.7.8.1还规定了生活热水应达到50℃~80℃范围内,为满足此项规定,生活热水的最高温度一般都设定为60℃。在板换机型中,采暖热水是流动的,只需要15K的温差就能获得足够的换热量,即采暖水70℃~75℃时,就能产生额定流量的60℃的生活热水。而套管机型在使用生活热水时,水泵停止工作,采暖热水停止流动。众所周知,水是热的不良导体,大套管内相对静止的高温热水对小套管内的生活水进行换热,需要很高的温差;至少要达到85℃以上的采暖热水,才能满足产生额定流量的生活热水达到60℃。使用生活热水时套管机型的壁挂炉要比板换机型的采暖热水温度高10~15K以上。

燃气采暖炉不同于燃气热水器,首先,GB25034规定壁挂炉的热效率是大于(84+2㏒Pn)%,20kW的壁挂炉的热效率要达到84+2x㏒20=86.602%。要达到2级能效,必须超过88%;而热水器执行的是GB6932标准,热效率达到84%就合格。其次,热水器是直接加热生活热水,最高温度60℃;壁挂炉则以采暖为主,允许长期70℃~80℃运行,由于以上两点,壁挂炉的主换热器必须比热水器的换热器换热能力强很多,使用寿命要长很多,因此,管壁和翅片都要厚的多,翅片要焊接在铜管上。在加热过程中,换热器和燃烧室本身储存的热量也比热水器的多得多。其停水温升容易超标。超过28kW以上的套管机型的壁挂炉,按照GB25034检测,停水温升一项几乎无法通过。即使能够通过标准检测,其采暖热效率也要比板换的低许多(肯定是主换热器的铜管和铜翅片都减薄了)。

而板换机型的壁挂炉是在主换热器外面,用板换二次换热,不存在以上问题。

2.2 结垢

闭式壁挂炉采暖系统内一次加水,可以使用几年也不用补水,即使水质不好,结垢也是很薄的一层,对采暖的热效率影响不是很严重,而生活热水每次都是用新的自来水,我国北方地区大多数城市是使用地下水,水质硬度高,一般超过65℃就结垢了。套管机型在不使用生活热水时也被高温采暖水长期加热,非常容易结垢,1mm厚度的水垢相当于40mm厚钢板的热阻。生活热水温度越是上不去,采暖水的温度就自动升高,停水温升的温度就越高,就更容易结垢,形成恶性循环;直到经常发生供热故障而无法使用。有的厂家在本单位检测停水温升不超标,送到检测部门检测又超标了,就是因为做几次试验后在套管内结垢所致。

板换机型不用生活热水时,板换不加热,又不存在停水温升的问题,一般情况不结垢,只是在个别地区,自来水管道腐蚀,自来水中含有大量的铁锈,沉积在板换的壁面上,影响生活热水的换热效率,需要进行清洗;这种情况主要发生在水路设计不当,板换水平安装的壁挂炉上。

2.3 阻力

板换的采暖通路截面积是330mm2,套管机型主换热器采暖通路是3个管并联使用,其截面积为3×56=168mm2,只有板换机型的二分之一。壁挂炉水泵的扬程本来就只有5~6m,大功率的才7m。套管机型的壁挂炉本身的压力损失达到了2m以上。剩余扬程不足4m,能达到2m扬程的流量还不到15L/min。如果采暖系统管道长一点,弯头用的多一点,套管机型壁挂炉在采暖运行中就经常出现因为水流量不够,升温速度太快;表现为系统还没有热,壁挂炉却到了设定的温度而停机。反复启动、停机,造成燃气的浪费。

有人认为;板换本身各层之间间隙小,阻力大容易堵塞;实际上是对板换内部结构的不了解。每层的间隙虽然仅2.5~3mm,但是,多层并联使用,截面积很大,其接口部位不导通的层两片并在一起,导通的层的间隙就扩大了一倍,即接近了5~6mm;圆柱体的高度等于四分之一直径时,其侧面积就等于圆柱体的截面积;几个5~6mm加在一起,导通面积远大于炉内铜管和系统主管道的截面积。板换机型的壁挂炉在使用生活热水时,板换对壁挂炉的阻力很小;而采暖时采暖热水不通过板换,如果电动三通阀的口径足够大,对系统循环几乎没有阻力。

2.4  局部过热

板换机型的主换热器是单管流动,截面积大能够顺利排气,不会形成气阻而局部过热。套管机型壁挂炉是3根管并联使用,很难做到3个管道的流速是均匀的,流速慢的排气不畅,就会形成气阻,产生气阻后流速更慢了,内外管之间静止的采暖水就会快速加热,并迅速气化;无水干烧,造成局部过热。严重的出现大面积翅片与铜管开焊。翅片不能向铜管导热。最后是翅片熔化,换热器报废。

3 生产成本

套管机型壁挂炉主换热器用铜比较多的,但没有板换和电动三通阀,控制程序也比较简单,元器件成本比板换机型的要节省130~180元左右。在市场上两种机型的产品可能相差几百元,这里面包含着营销手段的因素。

4 控制和故障率

中国人的发明毕竟是伟大的,套管机型的壁挂炉也不是一无是处,没有板换和电动三通阀,在壁挂炉内部减少了许多的接口,发生漏水的可能性就少得多。转换时不用启动电动三通阀,主控器从硬件到程序都简单了许多。总的故障率也就少一些。如果是用于地暖,不使用高温采暖,也不使用高温生活热水(不大于50℃),小功率(20kW以下)的套管机型壁挂炉还是有优势的。生活热水管道尽量长一点,就能缓冲停水温升,就不会烫人。

5 结语

板换机型一般叫做舒适型的,套管机型叫做经济型,所谓经济型并不节省能源,只是一次投入节省几百元。不论是工程还是个人用户,在选择壁挂炉时最好是先选机型,后选品牌。在特定的使用条件下,小功率的套管机型壁挂炉可以使用,大功率的壁挂炉就必须选择板换的了。
 

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