導讀：本期來說說壁掛爐帶散熱器供暖系統(tǒng)中的末端裝置——散熱器，特別是壁掛爐連接的散熱器選組對能源消耗的影響，我們將對其進行深入解析。

 

關于冬季采暖費用的問題，很多人會認為是壁掛爐導致費氣的原因，但對于這個問題很難用一句話來說清楚。像貴州的一位用戶使用壁掛爐連接散熱器供暖系統(tǒng)，只用了一組散熱器，但每個月的燃氣費卻高達1500元，后來開了三組散熱器，其暖氣費用反而更低，這是為什么呢？針對這個問題，這一期我們來談談背后的原因，以及如何設計壁掛爐的系統(tǒng)方案使其更節(jié)能。

 

有一些朋友可能有疑問：為什么做的項目面積差不多，用的壁掛爐和末端產品等也差不多，但客戶反映的耗氣量卻相差很大？

 

一個典型的例子：某一用戶家里安裝了一臺壁掛爐帶6組散熱器的簡單供暖系統(tǒng)，用戶反映在12月份一個月的耗氣費用是800元，到了1月份突然變成了2800元，用戶向暖通公司反映說壁掛爐壞了，要求更換一臺壁掛爐，但暖通公司認為不可能，因為壁掛爐的效率是90%左右，即使出問題也不可能把效率降低到了20%。可用戶家中確實使用了那么多然氣，暖通公司沒辦法給客戶解釋，只好同意更換壁掛爐，結果更換了同樣型號的新壁掛爐后耗氣量還是一樣大。

 

為什么呢？用戶家里的采暖面積沒變，散熱器也沒變，壁掛爐也沒問題，為什么耗氣量會相差3.5倍呢？

 

這個問題的根源在于我們沒有分清楚壁掛爐的設備效率和系統(tǒng)效率的差別。壁掛爐的設備效率沒變，各個品牌合格的產品幾乎都差不多，但是系統(tǒng)效率可能相差數倍之多，而這個案例中的原因就是系統(tǒng)效率發(fā)生變化造成的。

 

設備效率：設備效率是在標準測試工況下，壁掛爐有效利用熱量的能力。在壁掛爐產品上我們一般可以看到一個藍色的標簽，上面標稱著不同級別的能效。如下圖：

 

 

燃氣壁掛鍋爐效率的定義公式是：

 

η=Q1÷B×QDWy×100(%)

效率=鍋爐有效利用熱÷輸入鍋爐熱量

 

式中，Q1表示鍋爐有效熱；B表示燃料的消耗量；QDWy表示燃料的應用基低位發(fā)熱量。

 

 

壁掛爐效率是在穩(wěn)定工況下測試得到的，代表壁掛爐燃燒效率。這個效率在能效測試報告中已經提供給我們了，即使三級能效至少要達到82%的效率，像北京地區(qū)強制的一級能效，其效率要達到95%以上。不同品牌的壁掛爐在設備效率上相差不大，同一臺壁掛爐短時間內設備效率也很難有劇烈的變化。有些朋友會說，冷凝爐銘牌標識效率大于100%，這意味著壁掛爐利用的熱量比天然氣蘊含的熱量還多，是不是標錯了？其實沒有標錯，因為我們進行效率標注的時候是以天然氣的低位發(fā)熱值為依據的，相對于高位發(fā)熱值，任何壁掛爐效率都是低于100%的。但對應高位發(fā)熱值可以超過100%，在理論上冷凝壁掛爐的最高效率是109.2%左右。

 

燃氣高位發(fā)熱值：所謂高位熱值是指一標準立方米CH4完全燃燒后其煙氣被冷卻至原始溫度，而其中的水蒸氣以凝結水狀態(tài)排出時所放出的熱量QH=890943kJ/kmol，其熱值為39842kJ/Nm³。 

 

燃氣低位發(fā)熱值：所謂低位熱值是指一標準立方米CH4完全燃燒后其煙氣被冷卻至原始溫度，但煙氣中的水蒸氣仍為蒸氣狀態(tài)時所放出的熱量QL=802932kJ/kmol，其熱值為35906kJ/Nm³。燃氣的高位熱值在數值上大于其低位熱值，差值3936kJ/Nm³為水蒸氣的汽化潛熱。在工業(yè)與民用燃氣應用設備中，燃氣中的水蒸氣通常是以氣體狀態(tài)排出，因此實際應用工程中常用燃氣低位熱值進行計算。冷凝壁掛爐由于采用低溫回水將煙氣中的水蒸氣進行冷凝，將其中蘊含的汽化潛熱進行回收利用，因此效率比普通壁掛爐更高，通常在99%～109%之間，而普通壁掛爐不進行煙氣冷凝回收，因此效率一般最高不超過95%。

 

壁掛爐的真實效率：如果按燃氣的低位發(fā)熱值為基礎的話，冷凝壁掛爐真正的效率大概在90%～95%左右，常規(guī)壁掛爐的效率在75%～85%左右。但是，需要注意的是冷凝壁掛爐采用特殊材質的換熱器及全預混技術燃燒器等，使冷凝產生，且收集水蒸氣的潛熱，但普通壁掛爐沒有這些措施，因此需要嚴格防止冷凝現象的產生，否則會對換熱器和壁掛爐火排等部件產生嚴重危害。避免普通壁掛爐產生冷凝現象的最重要手段是控制回水溫度不低于煙氣露點溫度，一般天然氣露點溫度是55℃，這也是系統(tǒng)設計中需要考慮的問題。

 

系統(tǒng)效率：系統(tǒng)效率是在實際應用工況下，通過末端散發(fā)到用戶室內的有效熱量。

 

η″=Q2÷B×QDWy×100(%)

效率=系統(tǒng)有效利用熱÷輸入鍋爐熱量的百分數

 

式中Q2表示系統(tǒng)有效熱；B表示燃料的消耗量；QDWy表示燃料的應用基低位發(fā)熱量。系統(tǒng)效率是將熱源、傳輸控制、末端結合在一起，在動態(tài)工況情況下系統(tǒng)獲得的真實效率。因此，系統(tǒng)效率才是對用戶有意義的，也是表征系統(tǒng)是否高效節(jié)能的重要依據。那么有一個問題：如果壁掛爐設備效率為90%，那為什么系統(tǒng)效率會很低？天然氣燃燒的熱量去哪里了？

 

系統(tǒng)效率最低可能是0：我們用下面這個例子說明一下壁掛爐的系統(tǒng)效率問題：

 

 

圖中，壁掛爐通過一個板換與二次側散熱器，構成了一個供暖系統(tǒng)，在正常工作的時候壁掛爐產生的熱量通過換熱器進入二次系統(tǒng)，然后通過散熱器散發(fā)到房間里。

 

在不考慮管道熱損失的情況下，系統(tǒng)效率等于壁掛爐本身的設備效率，但是我們將二次側水泵關閉，則末端不再散熱，進入供暖系統(tǒng)的熱量是0，這時壁掛爐會根據回水溫度降低到一定程度，然后在壁掛爐執(zhí)行前吹掃，再開始點火，由于輸出的熱水經過板換后沒有降溫就回到壁掛爐中，會使壁掛爐很快超溫熄火，然后執(zhí)行后吹掃，如此反復點火熄火。

 

在上面這個過程中房間沒有得到一點熱量，但是壁掛爐仍然在消耗燃氣，從整個系統(tǒng)來說系統(tǒng)效率就是0。當然，這是一個極端的例子，在實際使用中很少會出現這種情況，但是既然系統(tǒng)效率可以是0，那么在實際運行中系統(tǒng)效率是10%、20%、50%等都是有可能的，這也可以解釋為什么同一臺壁掛爐在使用過程中耗氣量會相差甚遠的原因。

 

系統(tǒng)效率是如何降低的？

 

這個問題要從壁掛爐本身的工作特性上說起。壁掛爐有一個額定功率，指滿負荷工作時能夠輸出的功率；還有一個最小功率，就是火焰能夠穩(wěn)定燃燒時輸出的最小功率。對于常規(guī)壁掛爐來說，這個數值是額定功率的30%～40%，24kW的壁掛爐最小功率大概在7.2kW～9.6kW之間，也就是說壁掛爐只要點火至少要產生這么大的熱量，然后再將這些熱量靠水流及時帶走，否則會導致出水溫度過高出現超溫停爐的情況。

 

 

一般壁掛爐的出水溫度超過設定值5℃時則會熄火，當壁掛爐出水溫度設定為75℃，溫差20℃時，水溫升高到80℃時熄火，回水溫度低于55℃時點火，如果水流過小，點火后水流經過換熱器將溫升超過25℃，出水溫度將達到80℃，這時壁掛爐會直接熄火。我們計算一下，按壁掛爐最低負荷7.2kW計算，則流量小于：7200/1.163/25=247.6L時，壁掛爐的出水溫度直接超溫，則不等熱量送到末端壁掛爐將達到溫度熄火，執(zhí)行完吹掃后由于回水溫度較低再次點火，如此反復頻繁啟停。

 

為了保證壁掛爐的安全性，每次壁掛爐點火前都要進行前吹掃，通過風機對壁掛爐爐腔進行換氣，將里面殘存的燃氣帶走，當然同時也將熱量帶走；每次熄火后要進行后吹掃，將爐腔里殘存的燃氣帶走，同時也將熱量帶走，而這些帶走的熱量都沒有進入到房間，所以對于系統(tǒng)效率來說是無效的熱損失。正常情況下壁掛爐的效率是在嚴格限定的條件下測試滿負荷并達到30%負荷下的效率得到的，測試狀態(tài)下工況穩(wěn)定，燃燒穩(wěn)定，流量符合要求，沒有擾動因素影響，也不會出現上述頻繁啟停的問題，因此效率相對穩(wěn)定。但是如果系統(tǒng)設計不合理產生上述頻繁啟停后，則導致壁掛爐的熱量無法送入系統(tǒng)，就被風機帶走，從而導致房間能夠有效利用的熱量大大降低，那么既使壁掛爐非常費氣，用戶家里的室溫還是不高。

 

 

為什么一組散熱器比三組散熱器還費氣？

 

其實很多實際應用中，壁掛爐的耗氣量高都是這個原因造成的：有一個客戶家里的壁掛爐帶了6組散熱器，在暖通公司調試好之后，客戶為了省錢只開啟一組散熱器，但是一個月下來發(fā)現燃氣費達到1500元，便投訴到暖通公司，暖通公司則派技術人員去檢查，連續(xù)測試了幾天發(fā)現都是14h耗氣量10m³，簡單換算平均理論輸出功率達到6kW，而這個房間安裝的散熱器，實際散熱量只有1kW左右，也就是說每小時5kW的熱量都被浪費了，真正的系統(tǒng)效率只有16%?？蛻粝虿┤葑稍兒笪覀兘ㄗh他開啟三組散熱器后再試試，結果經過幾天的運行發(fā)現開啟三組散熱器后每14小時的耗氣量反而降到9m³。該案例就是典型的因為流量不足而導致的耗氣量異常升高，當開啟三組散熱器后避免了壁掛爐頻繁的啟停，提高了系統(tǒng)效率。

 

 

如何避免散熱器供暖系統(tǒng)效率過低？

 

對于壁掛爐帶散熱器供暖系統(tǒng)來說，通常暖通公司會把各組散熱器調好，所謂的調好就是通過回水閥的限制讓每一組散熱器都能熱起來，調試的方式是閥門先全開，由遠及近將最遠的回水閥全開，越靠前開度越小，比如第一組回水只開啟一點點。調試完成后告訴用戶回水閥不要動，如果哪個房間不用了就把進水閥關閉，用的時候再開啟。但恰恰是這個原因給暖通公司造成了大量的售后工作，也讓業(yè)主承受了更高的采暖費用。

 

由于調試的時候需要開啟所有散熱器，所以壁掛爐流量是能夠滿足要求的，但是當用于使用時關閉部分房間甚至只開啟一個房間時流量就可能低于壁掛爐最小流量，特別是如果用戶只開啟第一組散熱器，且回水閥開度很小，通過的流量嚴重低于需要的流量會造成頻繁啟停，嚴重的時候熱水根本到不了散熱器末端，就會出現用戶家中不熱，但壁掛爐氣耗還很高的現象。如果我們要求用戶不管房間用不用供暖都要一直開著各組散熱器也不合理，那么想要解決這個問題，就要改變散熱器調試的方式。

 

 

散熱器應該采用比例流量調節(jié)閥進行進水調節(jié)

 

1、選用針對散熱器流量特性設計的比例流量調節(jié)閥作為進水閥調節(jié)流量平衡，回水閥只做開關之用，用戶可以根據開啟散熱器組數來改變流量，避免流量過小問題。

 

2、當散熱器開啟組數較多時適當關小調節(jié)閥，避免流量失衡而導致的冷熱不均；當散熱器開啟組數小于3組時將調節(jié)閥全開，即使只開啟一路也可以實現全開保障最小流量。

 

3、壁掛爐配置一臺無線溫控器，放置在需要供暖的房間內，利用室溫變化比較緩慢的特點，通過溫控器減少壁掛爐的啟停次數。

 

目前，適合用于散熱器流量調節(jié)的溫控閥不太多，博容公司的虎牢關溫控閥可以實現上述目的。在使用散熱器恒溫閥的時候要特別注意，由于散熱器需要將流量降低到額定流量50%以下時才能比較有效的降低散熱量，因此恒溫閥起作用的時候通過的流量很小，一般每小時只有幾十公斤甚至十幾公斤，很容易導致壁掛爐工作失常，結果達不到節(jié)能的效果，因此要謹慎使用，或者做好壓差旁通閥等輔助措施。

 

 

如何避免地暖系統(tǒng)效率過低？

 

在地暖中常見的分室溫控會造成同樣的問題，如果壁掛爐直接帶地暖建議不要做分室溫控，或者保留兩路不進行控制，避免出現流量過低的現象。常規(guī)壁掛爐如果通過混水裝置帶地暖，要特別注意混水裝置的流量轉換作用，因為其作用會讓壁掛爐的流量更小，導致問題更加嚴重，因此要選擇針對壁掛爐設計的專用混水裝置，以提供足夠的流量保障。無論對于散熱器還是地暖如果進行分室溫控等變流量、變負荷的控制，推薦中間加裝緩沖蓄能水箱，通過水箱的水流去耦和熱量存貯作用，避免壁掛爐出現上述問題，從而提高系統(tǒng)效率。

 

 

溫控器對壁掛爐的節(jié)能作用

 

無論對于地暖還是散熱器都強烈推薦加裝溫控器，因為可以有效的提高效率和室溫舒適性，而且每一個壁掛爐配置一個無線溫控器即可。溫控器和壁掛爐的節(jié)能作用通過三個方面可以得到體現：

 

1、室溫每升高1℃房間供暖能耗增加8%左右，通過溫控器可以控制房間溫度不超過所需溫度，避免室溫過高的情況。

 

2、當家里沒人的時候或者晚上入睡后，可以通過降低室溫獲得節(jié)能，通過定時自動控制提前升溫和降溫，在保障舒適性的前提下降低能耗。

 

3、當室溫達到設定溫度后，溫控器則可以控制壁掛爐停止工作，由于室溫變化比較慢，直到溫度降低到下限時才會再次啟動壁掛爐，避免壁掛爐由于水溫快速變化而出現的多次啟停，進一步降低能耗。

 

綜合上面三個方面的作用，一臺溫控器可以讓壁掛爐實現30%的節(jié)能效果，是非常有價值的配件，應該作為每位用戶的標準配置。

 

 

小結：

 

壁掛爐的節(jié)能要從提升系統(tǒng)效率考慮。我們往往將壁掛爐是否節(jié)能看做壁掛爐本身的問題，實際上壁掛爐在本身標準工況下的效率相差不大，但是在其實際運行過程中，由于外部工況超出設計工況，導致壁掛爐工作異常、整體系統(tǒng)效率大幅度降低，這才是壁掛爐費氣的真正原因。對于費氣問題，其實責任不應該是壁掛爐廠家承擔，而應該是給用戶設計和安裝供暖系統(tǒng)的暖通公司承擔。因此，做一個對客戶負責任的暖通公司必須能夠設計出高效穩(wěn)定的供暖系統(tǒng)。
 

“供暖系統(tǒng)漫談”系列由博容董事長申國強先生原創(chuàng)，首發(fā)于《地暖月刊》！