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燃气热水器的发展--水暖两用热水器

2011-12-15 13:41:11 来源:燃气具资讯网 浏览:
内容提要:这篇文章是在1998年写的。比较全面地介绍了水暖两用炉的基本概念与结构形式。特别是用于采暖的特点。对刚涉及燃气应用行业的人士有帮助。另外可以为对两用炉有兴趣的厂家参考。关于两用炉的排烟问题没有提到。燃气热水器的发展--水暖两用热水器
    本文简述了燃气热水器的发展,同时介绍几种热水采暖两用热水器的结构、性能及其特点。
    整理后记:这篇文章是在1998年写的。比较全面地介绍了水暖两用炉的基本概念与结构形式。特别是用于采暖的特点。对刚涉及燃气应用行业的人士有帮助。另外可以为对两用炉有兴趣的厂家参考。关于两用炉的排烟问题没有提到。读者应以关注。
    一、引   言  
    我国燃气事业是从民用开始的,最早开发的是民用炊事灶具,如上海双眼铸铁灶与北京65铸铁灶。70年代初,上海表具厂还曾试生产过快速热水器(当时称小型煤气热水器)与自动沸水器。80年代后期广东等城市的生产厂家基本上根据日本灶的型式批量生产了不锈钢灶与5升快速热水器推动了我国燃具生产的发展。从90年代开始我国出现了采用压差阀.冲击式电磁阀与自吸式电磁阀的水控点火型的热水器,继尔,我国先进的生产厂家又推出具有恒温功能的快速式及容积式热水器,对于快速热水器已经发展到采用先进的比例阀(Modulation Magnetic Value)与模糊控制。在我国大力开发陕北气田工程时,国外厂家者准我国燃气采暖的市场,已将其热水采暖两用的热水器打进我国市场。我们有些厂家也引进、组装并开发了这种产品。在引进国外技术时,关键要消化其技术核心,并且根据我国情况设计出符合国情、安全可靠、简单易操作的热水采暖两用热水器,目前已成为燃具研究与生产单位的重要任务之一。
    二、燃气热水器的类型与发展
    (一) 快速式与容积式热水器
    这两种热水器各有其各自的优缺点,总的说来快速式体积小,可以挂在墙上而不占地面面积,不用混冷水即可得到要求的热水量与热水温度,其缺点是负荷比较集中,在同样的供水能力下,其热负荷大子容积式热水器。另外,在需要小负荷时(如洗手,洗菜)有大马拉小车降低热效率的现象,为此在日本有些家庭,有一台大热水器外,还有一合5升热水器专供小负荷使用,这就等于采用两个热水器了。
    容积式热水器必须有一定的储水容积,故其体积较大,个别的也可以挂在墙上,但大部分为落地式,占一定地面面积。在使用时需提前加热,因此其热负荷相对不如快速式那样集中,有利于城市管网供气。在不用热水时,也要维持一定的水温,这样就多消耗一些热能。对于采暖来说,容积式热水器的水阻力小,有可能用于自然循环的热水采暖系统,此外,容积式热水器的控制相对比较简单,详细的有关容积式与快速热水器及其采暖系统的介绍见参考文献[1]、[2]及[3]。
    用户应根据房屋建筑结构、布局以及用热的需求来确定采用快速式还是客积式热水器。一般说来,房屋布局比较宽裕,有专门安装热水器的位置时可考虑使用容积式热水器,反之要采用快速式。目前日本多用快速热水器而在美国都以容积式为主。
    (二)热水器控制系统的发展
    1. 快速热水器:快速热水器的更新换代主要是根据其控制方案的改进决定的。根据快速热水器的要求,给水、供气、点火应按一定程序,其发展过程大致体下:
    机械连锁:这是最初的方法,将水阀的阀柄压住气阀的阀柄来保证先给水后供气点火。后来为了保证点火的方便与安全采用长明火。其程序为:点长明火,开水阀,最后开气阀。
    水气联动:采用水气联动阀,是一个进步。开始时我们还有前置式与后制式之分,后来根据我国情况,大多数都改为后制式。
    熄火保护:最初的熄火保护是采用双金属片。当使用热偶电磁阀后,几乎淘汰了双金属片的型式。热偶电磁阀具有失灵后处于关闭状态的可靠功能,再有一种根据控制要求而采用探针式的保护装置。
    点火方式:电点火代替了火柴点火,有两种型式:一为用压电陶磁点火,打一次点一次火;另一为用脉冲点火,可连续点火,后者多用于具有炉膛的热水器。
    水电气联动:为了操作方便,把点火与开水阀合而为一,使用户一开水阀便得到热水这时出现了压差盘阀、冲击式电磁阀及自吸式电磁阀等数种型式并各有特色。根据我国情况,还是以自吸阀型式为主。这种方式实际为水控点火,够不上“全自动”的要求,所谓“全自动”只能认为是不太规范的商业用语。
    恒温控制:为保证热水器出口温度恒定可采用先进电机控制阀门或电磁比例阀两种方案。由于我国电磁比例阀生产已达到基本要求,现在大部分恒温型热水器均采用电磁比例阀与模糊控制(参见图1)。
    摇控:国外已有通过电话,摇控热水器的技术[1]。
    2.容积式热水器:容积式热水器具有一定热水储量,它对热水温度不敏感,比较稳定,因此只需要控制燃气阀门开或关。同时还有电点火及熄火保护等功能:详见参考文献[3],在此不再赘述。
    三、热水采暖的几个问题
    在介绍热水采暖两用热水器以前必须阐明燃气采暖的几个基本问题:
这些同题都是在设计这种热水器时必须考虑的。
    (一) 燃气热水器采暖系统
    燃气热水采暖系统是目前适合于居民采暖的重要型式,它具有安全、舒适及卫生等优点。它可以是由一个燃气锅炉房供应的小区供热,也可以是由一个热水采暖两用热水器供应一个别墅或一个单元住宅的热水与采暖。
    热水器的热负荷(热流量)应与用户的建筑围护结构的热损失相适应,同时还需与采用的暖气片(散热器)的传热量相平衡[6]。  因此在确定两用热水器的热负荷系列时,要考急用户的性质与地区的差别。
    (二) 自然循环与机力循环
    自然循环是指利用由热水器加热及暖气片散热造成温差而形成的压头作为采暖系统水循环的动力,它不需要水泵也可以正常循环工作。如果采用容积式热水器对于二室—四室的单元住宅,配以合适的管道就能保证自然循环工作[2]  自然循环可以省去水泵耗电,免去必须用市电的要求, 但是在启动时不如机力循环升温快。采用快速热水器时,就必须用一个水泵保证采暖系统热水循环。
    (三) 水箱
    热水采暖系统需要一个膨胀水箱,其作用是解决系统水被加热的膨胀问题。水箱的体积要根据系统中水容量及温升情况确定[6],一般热水采暖两用热水器本身带一个水箱,它可以是开式的(与大气相连)也可以是密闭式的。但多数是密闭式的。当采暖系统的水容量大于热水器说明书中的数据时,应另加水箱。
   (四) 水泵
    水泵的扬程与流量应满足采暖系统的要求,水泵扬程(压头)必须在保证流量的条件下,克服采暖水系统的阻力,而流量应与热负荷及热水及回水的温差相适应,即
    热负荷=流量x温差
    热负荷就是暖气片向外散出的热量,它必须与房屋围护结构的热损失相平衡。
    温差一般取20至25℃,热水温度不超过95℃。有了热负荷与温差就可以求得采暖系统的水流量,有了水流量可根据水泵的特性曲线查得扬程。此扬程应与系统的水阻力相等,否则就会影响水量及温差。用改变系统的阻力或调整水泵的特性都可以达到满意的要求。
    (五)采暖的控制与调节
    采暖的连续调节有质的调节(控制温度)与量的调节(控制水量)两种。此外还有不连续的间歇调节。不同的调节方案要求控制的硬件与软件都不相同。应根据方便用户,使用筒单,运行可靠的原则来选择。本文不再详述。
    四、热水、采暖两用热水器
    热水采暖两用热水器应遵守两个原则:一为热水优先,即当使用热水时,采暖功能可减弱或停止,优先保证热水供应;另一原则为不允用采暖系统中的水供热水。第一个原则是因为采暖系统热惰性大,暂停一段时间无大影响,第二个原则是保证洗浴的卫生条件及减少采暖系统的腐蚀。这两个原则希望有关厂家给予重视。
   (一)双沪膛热水器
    该热水器具有两个妒膛,两套传热与燃烧设备,分别用于供热水及采暖。可以同时工作也可以分别工作,两者互相隔绝互不影响,等于两个热水器合在一起。此热水器功能很好,但结构繁杂,造价高。
    (二)并联热交换器(图1)
    

    图l为意大利在80年代的产品,其特点是采暖系统与供热系统的热交换器并联,采用共同的翅片,用一套燃烧设备。在供热水时应停止采暖系统,在关闭供热水时再维持热水采暖的循环。该机配有水泵,闭式水箱及利用比例阀控制水温的系统。
    (三)套管式热交换器(图2及3)
    图2为韩国生产的一种热水采暖两用热水器,它的热交换器采用套管方式,大管中通过采暖用水,小管中走洗浴热水。燃气燃烧的热量是传给采暖用水,而洗浴热水是通过采暖热水来加热的。当冷水进入洗浴系统A’时,热水器中的三通阀或转换器(见图2中A)转入供热水位置,同时切断采暖系统,此时水泵仍工作,利用热水器内部小循环来加热洗浴水。当冷水停止进入时,三通阀转入采暖位置,同时切断供热水系统。该热水器配有水泵及开式水箱,为此要求热水器安装在采暖系统中的制高点,故只适合下送下回的热水采暖系统,暖气片也不能高于热水器。
    

    图3是一种欧式两用热水器。它也采用套管式的热交换器,采用一个温度膨胀作用的阀(图3—B)来控制供热水与采暖系统的转换。该机配有水泵、闭式水箱及强制给排烟气的系统。
    (四)带板式换热器
    图4是一种带有板式换热器的热水采暖两用热水器,采暖时利用水泵将回水打入热水器,如热后送至采暖系统。当需要洗浴时,冷水通过A’后令转换器转入供热水位置并使采暖系统停止,利用板式换热器将系统小循环的水流的热量传给洗浴水,达到热水优先并使热水与采暖系统分隔开的目的。采用了板式换热器省去了套管方式的热交换器,板式热交换器间隙小要考虑阻塞问题,
   (五) 容积式热水器
    容积式热水器作为热水及采暖两用比较方便,详见参考文献[3],  在此不再赘述
   (六) 分体式热水器
    在普通的热水器基础上(快速式或容积式均可),加一个供热水的储水水箱。使能完成热水优先及热水与采暖分隔的任务,其系统形式见参考文献[5]。热水储水箱的体积及热水供应系统参考文献[7]。
 
    五、简要结论
    1.热水、采暖两用热水器必须遵守热水优先与热水与采暖两分隔的原则。
    2.热水采暖两用热水器必须配以合理的采暖系统,包括水管直径与坡度、暖气片及跑风的位置、水箱的体积与设置、水泵的特点等均对采暖效果有很大影响。生产厂家应注意这方面的技术,做好售后服务。
    3.各种形式的两用热水器都有其各自的优缺点,  厂家应根据各种用户要求,开发适合国情的系列机组,供应广大的采暖市场。
    4.各种形式的两用热水器都应满足我国GB6932及CJ/T12202等项标准,具备各种安全保护措施,同时还要向用户明确采暖功能及控制方法。对于进口热水器不仅要符合国家标准还应符合国际标准的要求。
    5.采暖的控制与调节的方法多种多样,  对两用热水器控制部分的硬件与软件以及采用的执行机构有很大影响,厂家不必硬搬国外的方案,应在吃透国外技术的基础上开发适合国情的新产品。   

参考文献   
    [1]金志刚“容积式热水器及其发展”    《广东燃具》           1993.4
    [2]金志刚等“单户煤气—热水采暖系统的开发”  《煤气与热力》 1990.4
    [3]金志刚等“容积式热水器的特点与控制”  《家用燃具》       1997.3   
    [4]JIS 2019 日本工业标准  
    [5]“Wa11—Mounted Gas Fired Boilers”FRISQUENT             1990.
    [6]哈尔滨建筑工程学院“供热工程”                           1982.
    [7]金志刚等“容积式热水器的储热功能与热水供应”             1996.4


                     (本文作者:天津大学  金志刚 金国强 吴旭)
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