摘要：针对目前分户供暖中防垢、除垢的难点，将国内外成功的电子水处理技术应用到分户供暖中，把电磁水处理设备微型化，配套安装于家家户户，以达到防垢除垢、采暖节能、延长设备寿命的效果。

 

    关键词：分户供暖中的降耗问题；电磁水处理的防除垢机理及技术；防除垢设备微型化；节能效果。

 

 

    自从打破采暖的“大锅饭”后，分户、独立供暖已成为当今采暖的基本潮流，而分户供暖中又呈现了集中供热分户地板采暖、燃气壁挂炉独立采暖、户式中央空调采暖、地源热泵分户供暖等多种采暖方式，使我国的采暖事业得到飞跃式的发展，给人们的采暖需求带来了空前的满足。

 

    但这些缤纷的采暖市场中，共同面临而且迫切需要解决的问题是：如何在分户供暖的设备和系统中防垢、除垢的问题。如集中供热分户地板采暖，透明发白的管道仅用一个多月，在管壁上就附着着一层黑黑的污垢；仅过了2～3个采暖季，有的分集水器、阀门就结了较厚的水垢。壁挂炉采暖结水垢的情况更为明显，不论在换热器内还是在金属管路内，每年都在加厚着水垢层。在散热器采暖系统、户式中央空调系统、地源热泵采暖系统、家用太阳能热水系统等，也都不同程度存在着污垢、水垢的问题。地板采暖、壁挂炉等分户供暖一段时间后，普遍感觉没有初期那样暖和，其主要原因在于设备及系统内沉积的污垢、水垢的加厚而热效率降低所造成的。

 

    污垢主要是空气和供暖水中的杂质、灰尘、泥沙以及金属腐蚀物等物质，长期沉积而形成；水垢则是硬水中的碳酸氢钙（Ca(HCO3)2）和碳酸氢镁（Mg(HCO3)2)受热分解及二氧化碳（CO2）的散失后，变成难溶解的碳酸钙(CaCO3)和氢氧化镁（Mg(OH)2)长期沉淀的产物。这些污垢、水垢在采暖系统的管线、阀门和壁挂炉的换热器、炉胆等部位生成后，紧密地附着在管壁、阀门壁及换热器板壁和炉胆壁上，并随着时间的推移不断在加厚。而这种水垢的热阻是金属的200倍以上，造成的热阻很大，直接影响传热效果。 据有关方面公布的数据显示，地暖水垢在采暖过程中，地暖管内壁每增厚1mm的污垢和水垢就会使室内的温度下降6℃。对壁挂炉来说，经有关实验得出的数据是：换热器及管道内每增加1mm水垢使壁挂炉热效率降低5%以上。《工业能源》杂志提供的权威数据指出，水垢每年在大型换热设备和管道中的沉积厚度在4mm以上，而换热设备水垢每增加1mm，换热系数下降9%～9.6%，换算成能耗则增加10%以上。这些数据的可靠性虽然有待于进一步考证，但污垢、水垢等物质对热效率的重大影响是不容置疑的。可见，通过防垢、除垢，进一步降低采暖能耗，不仅对实现节能、环保的国策具有重要意义，还与千家万户的采暖质量、经济利益密切相关。

 

    为了解决这一难点，适应市场的广泛需求，不少有识之士和商家研究、制作、推出了不少物理的、化学的防垢、除垢产品，但有的因为是化学品对设备及系统腐蚀大，不适合分户防垢、除垢的市场；有的物理防垢、除垢产品则因体积大，无法在小设备、小系统中安装使用而弃之高阁。但可喜的是，近几年有多种电磁防垢、除垢产品实现了微型化，进入了分户供暖的市场，在家庭的独立采暖设备和系统中发挥着重要的作用。

 

    二 微型电磁水处理技术的机理、功能

 

    可以在分户供暖家庭的设备及系统中正常使用的防垢、除垢产品中，运用电磁水处理技术小型化的《智能壁挂炉/地暖除垢过滤器》等产品，颇受市场欢迎。

 

    1 电磁场防垢除垢原理

   

    自19世纪比利时科学家亨德里克•安东•洛伦兹创立的电磁理论问世以来，各国都利用这一理论在防、除垢产品方面做了许多探索，并先后发明、制作了各种防垢、除垢产品，如这方面技术领先的美国等发达国家制造出不少电磁除垢产品。我国近20多年来也利用这一理论制造出许多电磁除垢产品，但是能进入公寓、别墅等分户供暖市场的微型化产品出世，仅是近几年的事情。

 

    电磁场水处理技术是在磁化处理法和静电处理法基础上经过改进于近几年研究和发展起来的。它是由电子电路产生高频电磁振荡，在固定的电极间形成的一定强度的高频电磁场。当水通过这个电磁场时，水分子作为偶极子被不断反复极化而发生扭曲、变形，分子运动加强，从而使原来水中缔合形成的各种综合链状、团状大分子(H2O)解离成单个水分子，最后形成比较稳定的双水分子（(H2O)2），增加了水的活性。其结果是：提高了活性水分子与盐类正负离子之间的水合能力，在水垢的生成与溶解的可逆反应中使水垢的溶解速度加快。与此同时，回水中增加的大量活性水分子影响水垢盐类的析出、结晶及聚合，使水垢形不成坚硬的针状结晶体，而是形成细小松软的粒状（即霰石变成方解石），并以弥散的粒状悬浮于液体中，易于随回水一起流出管外，从而达到防垢除垢的目的。

 

    2 微型化电磁场防除垢的技术性能

 

    据笔者调研，近几年面市的户式电磁场防除垢产品有五、六种，有的产品已经获得了国家《实用新型专利》，科技含量比较高，在市场上逐步得到认可，初步显现出其经济效益和社会效益。其性能、技术特点归纳起来有如下几点：

 

   a.是高频电磁场与分户供暖流量相匹配，防除垢效果好。户式、独立供暖的防除垢产品的最大难点在于电磁场功率的微型化和高效化，使其符合户式供暖的流量、压力、温度等情况，达到防除垢的最佳效果。电磁场的功率大大超过户式供暖的需求，必然造成电能的浪费，使用中也容易出现安全隐患。如果电磁场的功率过小，则因极化水分子的磁场力量达不到而防除垢没有效果。大功率适应大流量，小功率适应小流量。

 

    以锦州华轶电磁除垢技术有限公司生产的“智能壁挂炉/地暖除垢过滤器”为例，该产品根据分户供暖的面积、室内温度标准、供回水流量及压力等因素，采用高频磁场与低频磁场交变的原理，在产品内分别设计了高频、低频两个磁场；在产品本体的水流入口处外壁设置低频水平线圈和低频垂直线圈；在本体的水流出口设置金属管件，高频电极插入到金属管件内；并把低频电流连接到低频水平线圈和低频垂直线圈，把高频电流连接到电极和本体的外壁；高、低频电流的工作参数为高频10MW、低频500Hz，使其产生立体磁场，从而拓宽电磁场的工作频率范围，使水中的分子更容易引起共振作用，增加其活性，从而实现防除垢的效果。

 

    把这个技术应用在分户供暖上的体现是：分户供暖的面积大多在50m2～300m2之间，供暖水温在50℃～80℃之间，采暖水流量在300m3～2000m3之间。根据这种理念和数据，确定电磁场的功率，并做出合理的产品结构设计和电路设计，选择相匹配的材料，使制作产品完全满足户式供暖的需要。从目前市场上的产品看，管径在DN25的情况下，最大流量能满足2000L/h，适应压力为0.08MPa，最大采暖热负荷能满足30000Kcal/h，能满足300m2以内建筑物采暖的水处理量。经过权威部门的多次检测、试验，得出的结论是除垢率96%（国家标准为95%）。

 

   b.是对电磁场实施可靠的屏蔽、绝缘，保证产品的安全运行。户式防除垢产品与大型的工业用和集中供热用的防除垢设备不同，因其安装使用在千家万户当中，其产品的安全性显得格外重要。使用中既不能电磁场的强辐射对居住人员及对其它家用电器产生各种危害，也不能因跑电、漏电等问题而出现伤人、着火等事故。

 

 

    为了解决这个问题，从产品结构设计方面入手，电磁场的功率限定在12V以内，电功率的发射天线（电极）屏蔽在金属管后插入水中；而发射天线的长度只有0.8m，远低于国家规定的10m；外绕线圈的长度只有4m，低于国家规定的10m，并附加绝缘铝箔，使产品的检测完全符合国家安全使用的标准，无任何安全隐患。

 

 

    c.是电磁场和过滤相结合，达到除垢、除污双向效果。对地暖、壁挂炉、散热器、地源热泵、户式中央空调以及太阳能采暖等方面，热效率逐渐降低的重要原因是水垢和污垢两项。在利用电磁场防除垢的同时，还能防、除污垢显得十分重要。因此，在设计防除垢结构的同时，还巧妙地结合设计了过滤装置，把两者合二而一，做到一机多用。过滤器主要由优质碳钢筒体、特殊结构的不锈钢滤网、水流导向阀及排污装置所组成。当工作时，水流导向阀处于开启状态，水流由入口进入过滤部分，经过滤网过滤到出口。当过滤部分需要排污时，关闭水流导向阀，打开排污阀，水流经滤网前半段过滤，部分水流由出口流入系统，剩余水流由滤网后半段外侧流入内侧，经排污口排出，起到反向自动冲洗滤网的作用。目前市场上的防除垢产品，基本上都在防除垢器上附着了过滤器，过滤网的规格为18目，采用304不锈钢材料制作，有效地防止杂物的进入。

 

 

    d.是结构紧凑、体积娇小，安装使用方便。除垢、过滤两合一产品的实物尺寸为长度182mm、直径30.09mm，安装尺寸的体积为最长部位280mm、最宽部位207mm、最厚部位68mm，重量1.53kg，安装于地暖分集水器一侧、壁挂炉供回水管线等部位，均不受场地等条件的影响。

 

 

  e.是适应性强，经济效益、社会效益佳。防除垢产品使用的环境温度为5℃～45℃,适应水质为总硬度≤700mg/L(以CaCO3计)，水系统工作压力为≤0.8MPa，绝缘电阻＞200MΩ，使用寿命约10年，耗电量仅为7kW/月，一年的电费仅为42元。但它所节省的能源价值则几十倍以上，仅以单台壁挂炉供暖100m2户型为例，可每年节省运行费用600元以上。可见，由此而产生的对社会节能减排、绿色环保等方面的价值更是不可估量。

 

    三 户式电磁水处理器的用途、效果

 

    虽然户式电磁防除垢产品问世时间不长，但已经广泛使用在分户供暖的各个领域，越来越显现着良好效果。仅辽宁锦州某公司一家的代理商及用户，已经遍布北京、天津、辽宁、吉林、黑龙江、江苏、四川、河南、河北、山西、湖北、贵州等省市的30多个大中城市。

 

 

    1 燃气、电壁挂炉系统：壁挂炉在运行过程中，由于其水温最高85℃，而通常情况下硬水加热后水垢开始产生，水温越高水垢越严重；而硬水加热至40℃以上时，结垢速度明显加快。壁挂炉在散热器采暖时，供回水温度通常在85℃/65℃，地板采暖时为60℃/50℃，均在易结水垢的水温范围内。

 

 

    而影响壁挂炉热效率和使用寿命的重要原因就是炉内的结垢问题。不论是瞬间式壁挂炉还是容积式壁挂炉，都避免不了水垢造成的壁挂炉热效率降低、耗气量增加、设备寿命缩短等危害，尤其是瞬间式壁挂炉的板式换热器更是深受其害。从目前壁挂炉防除垢的物理、化学等多种方式中进行比较，发现电磁场防除垢的方式因其效果明显、投资最小、安装方便、使用寿命长而广受欢迎。辽宁某公司的电磁场防除垢产品在长春市的豪园小区和洪城国际小区等共计安装使用120户，现在运行情况较好。

 

    2 分户地暖系统：地暖系统虽然管路方面的水垢相对轻一些，但污垢相当严重，尤其是与集中供热相配套的地暖管路用不了多久就颜色变黑，污垢开始粘合在管壁上；尤其是分水器、阀门等金属材料上开始结水垢，有的用了一、二年阀门就被腐蚀而拧不动，通路变窄而影响流量，出现地暖不热的问题。

 

    针对这些问题，一些地暖公司开始安装使用了高频电磁场除污、除垢产品。有的经过仅一个多月的实践，已经开始收到明显的效果，管壁上的污垢被高频电磁场的共振作用下开始脱落，随回水流走，变黑的管路开始出现白色。分水器上的流量调节阀和供回水阀门上的水垢也逐渐清除，采暖效果逐步回升。下图为用了13年的地暖管路上进行实验的对比照片。

 

 

    3 分户散热器系统：传统的采暖方式中，散热器系统的腐蚀及结垢最为严重，用了几年后经常出现结垢、生锈等原因导致暖气片不热的问题。一些公司在散热器采暖的老住宅上安装、使用电磁场防除垢产品，经过2个多月的实验，散热器的表面温度明显上升，有的表面温度上升15%以上。

 

    4 户式中央空调系统：一些高端的大户型或别墅区安装使用小型中央空调系统，热源仍然是燃气、燃油或电加热的热媒水，经过风机盘管散发热量，以达到采暖目的。而这些热媒水通常在60℃以上，在管路系统、风机盘管系统及阀门等部位产生水垢污垢等现象，影响采暖的热效率。

 

    在户式中央空调系统的主干管上安装、使用电磁场的防除垢产品后，有效地避免了水垢、污垢的发生，保证了采暖的预期效果。

 

 

    5 户式太阳能系统：随着节能环保形势的不断深入，利用太阳能采暖的情况越来越多。利用太阳能采暖，通常离不开储热水箱，而长期使用储热水箱过程中必然免不了水箱内逐渐沉积水垢、污垢，也免不了滋生藻类和菌类。

 

    针对这种问题，一些公司把电磁场防除垢产品安装在储热水箱的入口处，使流入的水分子加以改变，使其无法生成水垢；还通过电磁场的高频灭杀各种细菌和藻类，杀菌率和灭藻率均大于95%；同时，利用过滤器阻止各种杂质的流入，使太阳能储热水箱始终保证高效能的状态。

 

    参考文献

    《电磁抗垢强化传热技术机理的实验研究》（陈金辉，王湛，马重芳，常宝英，雷道亨等。北京工业大学环境与能潭工程学院）

 

    主编点评：

    电磁水处理技术在大锅炉大系统中有比较广泛的应用，在分户供暖系统中刚刚开始，效果有待进一步观察和检验。在分户以燃气采暖热水炉（壁挂炉）为热源的采暖系统中，水垢和地暖中的微生物，水中杂质等对采暖系统的传热有大的影响，对燃气采暖热水炉（壁挂炉）换热效率的影响非常巨大。通过使用除垢产品，除（防）垢液体以及对系统进行维护、保养非常重要。电磁水处理器应该也是可选产品之一。