技術(shù)

一、引言
    隨著社會經(jīng)濟建設(shè)的發(fā)展、人民生活水平的提高和農(nóng)村城鎮(zhèn)化進程的加快，人們生活中對熱水用量的需求越來越多。生活用熱水消耗的能源在普通居民的能耗中的占比越來越大，燃氣熱水器的節(jié)能問題日益受到人們的重視，怎樣提高燃氣熱水器熱效率成為當(dāng)前燃氣熱水器行業(yè)的一個重要課題。

二、機械式強排燃氣熱水器結(jié)構(gòu)特點介紹
    機械式強排燃氣熱水器屬于強排式燃氣熱水器的一種，其主要特點就是風(fēng)機位于機器的上端，采用抽風(fēng)的形式獲取參與燃燒的氧氣。空燃比控制方式多為機械式，也有電子式的。本文主要介紹機械式控制的機型，其燃氣氣路系統(tǒng)由如下幾部分組成：氣閥體（含氣閥芯）、分配器（含噴嘴）、燃燒器。燃氣流量的大小是通過氣閥芯來調(diào)節(jié)，風(fēng)機風(fēng)速多為單一轉(zhuǎn)速，兩者無法實現(xiàn)聯(lián)動。即不論機器是在全負荷狀態(tài)下還是在半負荷狀態(tài)下，風(fēng)速都是一樣的，為燃燒所提供的空氣都是一樣多。這樣在半負荷狀態(tài)下就會有太多的過?？諝猓嘤嗟倪^?？諝鈺ё咛嗟臒崃?，因而半負荷的熱效率不會太高。

三、影響熱效率的關(guān)鍵因素
    影響燃氣熱水器熱效率的因素有很多，核心因素就是熱交換器本身的熱交換能力，其他比如過?？諝獾钠ヅ?，減少熱量損失等等，這些因素之間相互關(guān)聯(lián)，互相制約。同時對燃燒性能有較大影響。
1. 首先來看核心因素：
    燃氣熱水器熱交換器換熱由兩部分組成，一部分為煙氣流經(jīng)肋片管的對流換熱（約占總換熱量的80%），另一部分為燃燒室高溫?zé)煔庀蛉紵冶诿娴妮椛鋼Q熱（約占總換熱量的20%）。
    1.1下面我們來探討第一部分：煙氣流經(jīng)肋片管的對流換熱。
    高溫?zé)煔饬鹘?jīng)肋片管時，肋片如果不加擾流沖花或者沖花位置不當(dāng)，就會造成高溫?zé)煔庵苯颖伙L(fēng)機抽走，只有直管下半部因阻擋到高溫?zé)煔獾亩a(chǎn)生強烈的對流換熱，而直管的上半部分因為接觸不到高溫?zé)煔?，從而進行對流換熱的效果不好，這樣煙氣流經(jīng)肋片管的對流換熱就會大打折扣，從而熱效率較低。
    根據(jù)此種情況，更換另外一種肋片，此肋片增加了擾流沖花，改變高溫?zé)煔庾呦?，使其能繞到直管的上半部分，從而增加了直管上半部分的對流換熱，提高換熱效率。具體試驗數(shù)據(jù)見表一：
    由以上數(shù)據(jù)可以看出，肋片增加擾流沖花對熱效率的提升起了相當(dāng)大的作用。圖2方案中的數(shù)據(jù)可以看出，過?？諝庀禂?shù)α=2.17有點偏高，且煙氣中CO含量不高，這說明熱效率還有提升的可能，可以將集煙罩的風(fēng)口再縮小一點，將過?？諝庀禂?shù)α降到2.0左右，如果煙氣不超標(biāo)，效率還將有所提升。
    另外肋片管換熱另一個關(guān)鍵的因素是肋片與直管的緊密結(jié)合程度。
    通常這類機型所用的熱交換器都是浸鉛工藝做出的，大致的工藝過程是直管套在肋片上后，先漲管，讓直管與肋片接觸更緊密，再通過浸鉛工藝，讓鉛錫料填滿直管與肋片間的細微間隙。如果這個工藝過程做的不好，也會導(dǎo)致熱效率的降低。判斷制造工藝是否良好可以將做好的熱交換器剖開，用放大鏡去觀察間隙是否填滿。
    1.2關(guān)于另一部分：燃燒室高溫?zé)煔庀蛉紵冶诿娴妮椛鋼Q熱
    這個換熱主要是在水箱壁與盤繞在壁面的水管之間完成，這個熱效率的提高主要是靠加工工藝來保證，要保證壁面的平整度，保證盤管在制作和運輸過程中不產(chǎn)生變形，合理利用工裝將水管與壁面的縫隙用鉛錫料均勻的填滿。這些細節(jié)之處都是保證熱效率的關(guān)鍵所在。
    2. 其次來看第二因素：燃燒空氣的匹配
    提高熱效率還有一個方法就是降低過?？諝?，一般燃氣熱水器的過?？諝庀禂?shù)α取在1.4-2.0之間，但對于這種機械控制的上抽機型來說，過?？諝庀禂?shù)α取在2.0左右比較安全，也就是干煙氣中氧的含量在10.5左右。
    為某種機型的集煙罩與其風(fēng)口的示意圖，測試時發(fā)現(xiàn)這個機型熱效率偏低，只有85%左右。
    以上數(shù)據(jù)可以看出，圖3方案中效率太低，排煙溫度過高。
    方案中，在圖3方案上增加了分配板。上抽型燃氣熱水器因為結(jié)構(gòu)的原因，高溫?zé)煔庠诹鹘?jīng)換熱片時分配不均勻，大部分集中到風(fēng)口的位置，導(dǎo)致此處煙溫過高，氧氣太少，熱量流失較快，影響換熱熱效率，而煙罩兩側(cè)的位置煙氣較少，氧含量大，煙溫低，也不利于換熱。此分配板最主要的作用是改變了高溫?zé)煔獾牧飨颍瑢⒏咚偌袥_向風(fēng)口的高溫?zé)煔庾钃?，讓煙氣流向風(fēng)口兩側(cè)，讓高溫?zé)煔饬鹘?jīng)換熱片時分配均勻，提高熱效率。同時減少了過?？諝猓灿欣跓嵝侍岣?。
    方案中，在圖4方案的基礎(chǔ)上，再次減少風(fēng)口面積。此改進只是單純的減少過?？諝?，使得過剩空氣系數(shù)α降到了1.68 。這樣改進會提高熱效率。但因為過?？諝馓?，已經(jīng)影響到了燃燒器的燃燒工況，導(dǎo)致煙氣中的CO值偏高。
    綜上所述，以上改進方案雖然讓熱水器各項指標(biāo)都符合了標(biāo)準(zhǔn)的的要求，但顯然并不是最佳的整改方案，他的缺點在于雖然提高了熱效率，但過剩空氣太少，不能保證良好的燃燒狀況，當(dāng)燃氣熱值或者氣壓等因素改變時，極有可能會導(dǎo)致煙氣中CO超標(biāo)。其實此款機型之所以熱效率這么低，主要原因還是換熱器中肋片的形狀有關(guān)。它的肋片沒有任何擾流的沖花（見圖6），改進的重點應(yīng)該是在肋片上增加擾流沖花來提高熱效率。如做成圖7所示的形狀，在直管間中上方增加三角形的壓型，干擾一下煙氣的走向，熱效率應(yīng)該會有較大提升。
3、半負荷的熱效率：
    機械式燃氣熱水器由于風(fēng)機大多單一轉(zhuǎn)速，在負荷變小時，風(fēng)機風(fēng)速并沒有隨之改變，匹配的風(fēng)量過剩，一般熱效率都較低。如果采用雙速電機，在熱水器負荷降至半負荷時，切換到低風(fēng)速供風(fēng)，匹配的合適的話，半負荷熱效率甚至?xí)哌^全負荷效率。這里需注意一點，就是設(shè)計時要將半符合的狀態(tài)設(shè)置在全段的狀態(tài)下，如果設(shè)置到了單段的狀態(tài)，風(fēng)速就不能是低速了。因為單段燃燒時，前壓會變大，相對于單排燃燒器來說，燃氣量加大，火焰特別高，原因是二次空氣不足了，此時應(yīng)該用高風(fēng)速來降低火焰高度，這樣熱效率反而更低了。
4、天然氣機型與液化氣機型熱效率的區(qū)別
    1.表三數(shù)據(jù)中的天然氣機型和液化氣機型用的是相同的硬件結(jié)構(gòu)，區(qū)別僅僅是噴嘴的規(guī)格不同。從低熱值計算的熱負荷來看，液化氣比天然氣負荷高，應(yīng)該O2會更低些，CO會更高些。但是從表三中O2、CO等燃燒指標(biāo)來看，似乎兩者區(qū)別不大。為什么會有這樣的現(xiàn)象呢，這是因為標(biāo)準(zhǔn)中計算的熱負荷是按照低熱值來計算的，如果按照高熱值來計算，兩者的熱負荷是一樣的，參見表三數(shù)據(jù)。實際上兩者的熱量輸入是一樣的，所以煙氣的指標(biāo)也就表現(xiàn)的相差不大。
    2.為什么同樣的條件下，液化氣會比天然氣的效率低？
    從表三數(shù)據(jù)也可以看出，相同的條件下，液化氣機型的效率要比天然氣的低2-3個百分點。而實際上熱效率應(yīng)該是一樣的，之所以有差別是因為熱效率的計算公式是按低熱值計算的。如果按照高熱值計算，兩者是一樣的。因為同樣的總熱量下，天然氣的低熱量少，液化氣的低熱量多，而在熱效率的計算公式中，低熱量是在分母的位置，所以看起來似乎是液化氣機型的熱效率更低。
    所以，如果是用同一種結(jié)構(gòu)來做天然氣機型和液化氣機型，天然氣機型二級能效的熱效率至少要做到91%-92%，才能保證液化氣的熱效率能符合二級能效的標(biāo)準(zhǔn)。

四、結(jié)束語
    綜上所述，我們不難看出，熱交換器的換熱能力是影響燃氣熱水器熱效率的關(guān)鍵因素，而肋片的形狀又與熱交換器的換熱能力息息相關(guān)，把這一部分做好，再合理的調(diào)配過?？諝?，整個燃氣熱水器就將獲得比較理想的熱效率。