作者：南华大学  叶勇军 寇广孝 王汉青 王志勇

    摘要：指出了现有户式供暖系统的缺点，分析了冷凝式锅炉和地板供暖系统各自的优点，介绍了壁挂冷凝式燃气锅炉与地面供暖联合的户式供暖系统形式。

   关键词：壁挂冷凝式燃气锅炉 热地板 户式供暖系统 应用
 
    引言

    随着传统供热方式的缺陷日益突出，新的供热方式不断涌现，户式供暖系统正是这种形势发展的产物。其中以壁挂式供暖、热水两用燃气锅炉为热源的户式供暖系统，在实际的工程应用中显示了巨大的优越性，具有强劲的发展势头，但也存在以下问题:a)虽然燃气比燃煤相对清洁，但由于热源分布在多层特别是高层住宅的每家每户，其燃烧产物如C02，NOX，CO等对区域空气环境的影响不可低估。据北京市环保科学研究院对曙光小区高层住宅的测试，楼层中上部NOX浓度偏高，在风力不大不易扩散时，最高可超过标准规定值近2倍，形成了一道高浓度NOX烟气“墙”[1]。b)常规壁挂式燃气锅炉的热效率(以高位热值为计算标准)一般可达70%-80%;排烟温度为110℃左右，存在较大的热损失。典型的热量分配是:75%用于加热水(有效热),19%为排烟热损失，6%为外壳散热热损失;分户供暖运行费用包括燃气费、电费和水费，其中燃气费约占93%[2]，是最主要的费用。因此要想降低运行费用，最行之有效的方法就是降低用气量，对于壁挂式燃气锅炉来说，减少排烟热损失显然是最有效的解决途径。c)传统的供暖系统安装方式室内横管多，不利于室内装修美观;散热器供暖能耗大、舒适性较差。因此开发更加环保、节能且美观实用的户式供暖系统是人们的迫切要求。根据此要求，笔者把节能环保的壁挂冷凝式燃气锅炉和节能舒适的热地板联合用于户式供暖系统中，研究发现两者之间有较好的耦合性。

    1.冷凝式锅炉与热地板的特点

    1.1冷凝式锅炉的特点

    冷凝式锅炉是一种高效的节能环保设备，在欧美等西方国家得到了广泛的应用，其基本原理是降低排烟的温度到烟气露点温度以下，回收排烟中的显热和潜热，以提高锅炉的热效率[3-6]。国内目前尚处于初步研究和应用阶段。根据文献[3]按照《家用燃气快速热水器》GB6932-94标准的规定，在相同负荷下对样机进行的热工特性测试表明，排烟温度为170℃时，高位热效率为76.4%;排烟温度为110℃时，高位热效率为85.0%;排烟温度为45℃时，高位热效率为92.3%。由此可以看出采用壁挂冷凝式燃气锅炉的节能性。

    冷凝换热过程产生的冷凝水可以吸收一部分有害气体，如SOX，NOX，CO2等，降低污染物的排放浓度，有利于环保。北京建筑工程学院的贾力教授曾测试了在2.1MW天然气热水锅炉安装低阻力烟气冷凝换热回收设备前后冷凝过程对NOX的去除情况，结果见表1[6]。
    1.2 地板辐射供暖的特点

    地板辐射供暖系统具有以下优点:a)舒适、保健、卫生。它能使室温在纵向上产生特有的负温度梯度(-0.5℃/m)[7]，使人产生脚暖头凉的感觉，更好地满足了人体的热舒适要求;温差小，室内上升气流减少，室内空气流动缓慢，室内卫生条件得到改善。b)能耗低。在保持相同舒适感的前提下，辐射供暖时的空气温度可比对流供暖低2℃左右，根据日本的经验数据，在常规范围内住宅供暖温度每降低1℃，可节约燃料10%左右[7-8]，因此它比散热器对流供暖具有更高的供暖效率。c)可选用多种低温热源。低温热水地板辐射供暖系统的供水温度为45℃-60℃，回水温度一般在40℃左右，可充分利用工业废热和地热水资源。d)能够冷暖两用。

    2.冷凝式锅炉与地面供暖联合系统

    从冷凝式锅炉提高热效率的原理可知，要回收排烟潜热和显热，就必须提供能使烟气温度降到露点温度以下的冷却介质(如冷水、冷空气等)。它用在常规户式供暖系统中存在以下问题:a)生活用水存在时间性，且其用水量比供暖循环水量少，因此对于全天供暖的用户，用生活补水去冷却排烟是不可行的。b)若采用排烟去预热燃烧用的冷空气，虽可以达到回收热量的目的，但由于烟气的比热容大于空气的比热容，而排烟量也比燃烧需用空气量大，再加上水蒸气的凝结放热，经估算在有潜热回收的条件下，烟气温度每降低1℃，空气温度可升高2℃左右，若要将排烟温度从110℃降低到露点温度(一般为52-55℃)下的50℃以回收余热，则需要将温度为5℃的进口空气加热到125℃，出现进口空气温度比出口烟气温度低的情况，这显然是不可能的。此外，采用这种方式，因气一气换热器的传热系数低，加之烟气和空气之间的温差较小，势必增大换热面积。c)由于用散热器供暖的传统系统(供回水温度为95℃/70℃)的锅炉多数按80℃/70℃运行，用供暖回水冷却排烟存在技术上的问题。

    2.2 联合供暖系统

    针对上述得出的壁挂冷凝式燃气锅炉应用于常规户式供暖系统需要合适的冷却介质的结论，并结合低温热水地板辐射供暖的回水温度一般在40℃左右的特点，笔者提出了壁挂冷凝式燃气锅炉与地面供暖联合的户式供暖系统，如图1所示。该系统供暖回水温度比锅炉排烟露点温度(一般在55℃左右[7])低15℃左右。由美国的一些锅炉制造厂、煤气公司和供热运行管理人员组成的测试小组对13台冷凝式锅炉凝水量和排烟温度的测定表明，当排烟温度tpy=45℃左右时冷凝水量达到最大值，为蒸汽量的80%，相应的系统回水温度为30-40℃[9]。因此该系统具有较好的冷凝效果，并且节能环保。采用壁挂式锅炉还具有控制方便的优点，用户可根据需要设置合适的水温和水量提供给低温热水地板，也可以提供需要的生活用水，做到一机两用。
        
1.壁挂冷凝式燃气锅炉;2.地面供暖;3.控制键盘;4,5,6,7,8,9阀门

    3.结论

    为了充分利用天然气，国家颁布了一系列的燃气优惠政策。国内大中城市燃气管道的铺设即将完成并开始通气，燃气式户式供暖系统必将得到十足的发展。将壁挂冷凝式燃气锅炉与地面供暖联合应用于户式供暖系统中，能够更好地克服现有户式供暖系统能耗大、环保效果不理想和不美观等缺点，同时兼有壁挂冷凝式燃气锅炉和低温热水地板辐射供暖系统的优点。该联合方式在理论上具有较强的可行性，但需要作经济性分析。