王汉青1 王志勇2 寇广孝2 叶勇军2 1.株洲工学院土木系 2.南华大学建资学院

　　介绍了一体化冷凝式锅炉中央供暖系统的基本原理，从理论和运行两个方面对系统的经济性进行了分析，并通过和其它采暖方式的比较，表明联合供热冷凝式锅炉中央供暖系统具有节能环保、运行费用低、便于分户计量、舒适性强等突出优点，适合推广应用。

　　关键词：一体化燃气锅炉 冷凝 热效率 中央供暖 经济分析

　　1.引言

　　传统锅炉为了避免尾部受热面低温酸腐蚀，排烟温度要求不能太低，一般都在150℃以上，甚至高达200℃[1,2,3]。如此高的排烟温度导致烟气中的水蒸气处于过热状态而无法冷凝，水蒸气的气化潜热得不到回收，造成了很大的热损失。排烟温度高是制约常规锅炉效率提高的主要因素[4]。相关研究表明，燃烧1m3天然气产生的水蒸气要带走的热量约占天然气高位发热量Qgrvar的10%以上，一般Qgrvar约为36000～40000kJ/m3，燃烧1m3产生的水蒸气要带走的热量约4000kJ。如果使用冷凝式锅炉进行采暖，就可以冷凝烟气中水蒸气，利用其气化潜热，从而提高锅炉效率。本文阐述的一体化冷凝式锅炉就是运用了冷凝技术的采暖、热水两用炉。

　　2.系统概况

　　一体化冷凝式锅炉(也可称之为联合供热冷凝式锅炉)是由单个锅炉完成供暖和供应热水功能，它是区别于单独供热或单一供应热水的锅炉而言的。国外使用冷凝式锅炉进行家庭中央采暖比较普遍。考虑到家庭对生活热水和供暖的双重需要以及经济性的要求，家用锅炉一般使用结构紧凑、体积较小、容量不大的暖浴两用冷凝式锅炉。在英国，联合供热冷凝锅炉(Condensing Combination Boiler)1999年占整个家用锅炉市场的50%，2001年底为60%，预计2005年这一数字会突破70%。联合供热冷凝型锅炉在欧洲发达国家已有几十年历史，除公共建筑和大型公寓外，居民用建筑采用高品位、环保节能的家庭中央采暖高达60%～80%[6]。

　　联合供热冷凝型锅炉的最大特点就是一家一户自成系统，同时解决供热水、供暖需求，做到一机两用。根据房间的布置需要，多功能冷凝式燃气锅炉可以选用壁挂式或落地式，可以安放在室内或者室外，其供暖系统可以是低温散热片采暖，也可以是低温地板辐射采暖。图1为多功能冷凝式锅炉中央供暖系统。联合供热冷凝式锅炉集冷凝式供热锅炉和冷凝式热水器的功能于一身，它有两套独立的环路：供热环路、热水环路。两个环路各自独立，可以单独运行，也可以同时运行并且不会因为一个系统发生故障而影响另一个系统的使用。冬季双系统运行，春、夏、秋采暖系统关闭，热水系统独立运行。联合供热是该系统的突出优点，按照我国城市供暖规范规定，采暖期一般为三个半月左右，如果采用单一供热锅炉供暖意味着一年大部分时间锅炉处于闲置状态，而且还要添置家用热水器提供生活热水，增加了投资成本。

　　3.经济性分析

　　衡量一个采暖系统的经济性，一要看它的热效率，热效率的高低反映了系统的节能效果，也影响着系统的运行成本;二要看系统的投资回收期，如果投资回收期太长，再高的热效率也没有实际意义。另外，还要考虑采暖系统污染物的排放问题。家用采暖炉作为分户采暖的主要设备，其节能与否，投资运行经济性是很重要的指标。本文从理论计算和实测数据分析两方面评估联合供热冷凝式锅炉中央供暖系统的经济性。

　　

　　图1 多功能冷凝式燃气锅炉供暖系统

　　(1)节能潜力理论算例

　　常规的燃气快速热水器按GB 6932-2001规定，排烟温度要求在110～260℃之间，按低热值计算的热效率≥80%;而常压容积式燃气热水器按CJ/T 3001-1995规定，仅要求排烟温度≥110℃，热效率≥75%[7-9]。目前我国生产的热水器排烟温度一般为170℃，因此以170℃为燃气炉的原始排烟温度，计算燃气炉在不同排烟温度下的余热回收情况。

　　

　　算例中燃料选用北京市使用的陕甘宁天然气，表1为陕甘宁天然气成分及特性。计算时，家用采暖炉的空气系数取为a=1.1，锅炉散热损失取为q5=1%，lkg干空气含水蒸气0.01kg。锅炉效率计算公式为：锅炉效率(%)=100-排烟热损失(%)-散热损失(%)

　　

　　表2是基于天然气高位发热量的烟气余热回收计算结果，从表中可以看出当空气系数为1.1时，使用冷凝式燃气炉把排烟温度由170℃降到40℃，按高位发热量计算的热效率提高了9.62%，具有显著的节能效果。需要说明的是，联合供热冷凝式锅炉的热效率受多种因素的影响，主要有锅炉负荷、系统回水温度、过量空气系数。在上例中空气系数取为1.1，但是我国大部分壁挂式锅炉和燃气热水器的空气系数都远大于1.1，因此在保证燃料充分燃烧的情况下尽量选择最低的空气系数尤其重要。同样，系统回水温度越低，从烟气中冷凝的水蒸气也越多，所以冷凝型联合供热锅炉分户采暖系统尤其适合使用非金属散热器的低温供暖系统和地板采暖系统等低温系统。此外，锅炉负荷的变化也会对热效率造成影响。

　　图2示出了系统回水温度和锅炉负荷对冷凝式锅炉热效率的影响曲线。

　　

　　A—设计供回水温度40/30℃;B—设计供回水温度70/60℃;C—设计供回水温度95/70℃

　　图2 锅炉热效率随温度和负荷的变化曲线

　　(2)经济性实测分析与比较

　　下面计算北京地区燃用陕甘宁天然气的家用一体化冷凝锅炉的经济性。首先对北京市某小区使用普通型燃气炉的3个有代表性的用户进行了测试和调查，得到了该采暖季燃气耗量、运行费用和采暖效果的相关数据，然后假定使用冷凝型燃气炉替换普通型燃气炉，在保证同等采暖效果的前提下比较它们的运行参数和经济性指标。

　　在燃气炉家庭中央采暖中，运行费用主要是燃气费、电费两部分，电能消耗分为燃烧器和水泵的消耗。普通燃气炉的低位发热量热效率为93.2%，功率为165W，具体为风机功率100W，水泵功率65W。水泵按全天24小时运行计算，燃烧气炉运行时数分别为用户1平均每天4小时，用户2、3平均每天6小时。冷凝型燃气炉的热效率为103.7%，功率为185W，具体为风机功率100W，水泵功率85W。在北京市区内目前天然气供应用价格为民用1.9元/m3，居民IC卡刷卡电费按0.44元/(kW•h)计算。北京市采暖天数为125天。

　　

　　目前国内普通型家用燃气炉的价格差别较大：国产的功率偏小，价格较低，档位大约在4000～6000元，日韩品牌价格中档，在6000～8000元左右;欧美产品档次较高，在8000～10000元左右。环保高效的冷凝型燃气炉全部为欧美产品，输出功率23～24kW的价位在10000～11000元左右，24～35kW的价格为12000～15000元。考虑到我国居民的消费水平，以及建筑热负荷标准，我们选用价格中档、输出功率为24kW的燃气炉作比较。普通型家用燃气炉取为7000元，冷凝型家用燃气炉约取为10500元，使用寿命分别为15年，20年。

　　上表3所求为两种燃气炉采暖的经济性对比。通过比较发现，虽然冷凝型燃气炉的价格是普通型的1.5倍，由于冷凝型燃气炉的热效率比后者高出10.5%，所以冷凝型燃气炉的平均单位面积采暖总费用反而比普通型低0.98元/(m2•a)。

　　(3)与其它采暖方式的经济性比较

　　目前，北京市集中供热热价为24元/(m2•a)，区域燃油、燃气、电锅炉年费用30元/m2，间供式区域燃煤锅炉供暖用户承担价1924元/(m2•a) [10]。通过比较计算，一体化冷凝式燃气炉采暖费用在20元/(m2•a)，低于北京市集中供热价，平均年费用仅相当于区域燃油、燃气、电锅炉的66%，略高于间供式区域燃煤锅炉。由几种采暖方式经济性可知，采用联合供热型冷凝式燃气炉采暖经济可行。

　　4.结论

　　通过对多功能冷凝式燃气炉中央采暖系统的理论计算和不同采暖方式的经济性分析，发现冷凝式暖浴炉分户采暖在经济上是切实可行的，其平均年费用和集中采暖相当。另外，联合供热冷凝式锅炉一机两用、节能环保，便于分户计量，在运行调节、舒适度方面更是集中供热无法比拟的。因此，如果有气源并且经济允许，多功能冷凝式燃炉中央采暖是理想的采暖方式。

　　参考文献

　　[1] 贾力.分离式冷凝型天然气锅炉的研究与应用[J].节能技术，2001,(2)：2-3.

　　[2] 高春阳.天然气锅炉改造为冷凝式锅炉的经济性评价〔J〕.节能技术，2003,(5)：2-6.

　　[3] 笪耀东等.高水分烟气对流冷凝换热模拟实验研究〔J〕.工业锅炉，2003,(1)：12-15.

　　[4] 康子晋，郑蕾，赵钦新.直接接触换热热水锅炉原理及应用〔J〕.节能技术,2003,(5)：17-20.

　　[5] 车得福.冷凝式锅炉及其系统[M].北京：机械工业出版社，2002.7.

　　[6] Combined Effort of Condensing Combi Boiler,Building for a future spring,England,2001.

　　[7] 赵钦新等.燃气热水器与壁挂式锅炉[M].工业锅炉,2002,(4)：l-7.

　　[8] 张玉梅.冷凝式燃气热水器热工性能的研究[J].煤气与热力，1998(3)：38-40

　　[9] 王殿君，田羽.谈民用燃气热水器及锅炉的节能[J].应用能源技术，2002,(2)：29-30.

　　[10] 郭非，江亿，田贯三.分户燃气锅炉采暖方式调研分析[C].全国暖通空调制冷2002会议论文集.