双变频大气式燃气壁挂炉的节能性分析
2015-05-20 11:41 来源：瑰都啦咪世纪（天津）实业有限公司 浏览量：14564
关键词：双变频；能效
1 引言
随着广大群众对燃气壁挂炉产品的不断认知和应用，大众对壁挂炉的安全性要求、节能要求、产品整体的性价比要求更加苛刻。特别是从今年上海开始实行了阶梯型燃气价格体系，由此各地陆续推出了阶梯型燃气价格体系，从而使用户在选型上更加着重产品的整体能效。目前市场上销售的大部分大气式壁挂炉为上抽风式交流定速风机，在最大负荷燃烧下该种壁挂炉能效都比较高在88%～92%，但在低负荷或最小负荷运行时因风机为定速风机，燃烧参与的风量与最大负荷时的风量相同，因此过氧空气系数较大，热损失比较大，一般热效率将降低到84%～85%。本文主要介绍了无刷直流风机在壁挂炉上的应用及双变频普通大气式壁挂炉在整体能效上的优势。
这里指的双变频是指壁挂炉在采暖模式或在热水模式工作时它的耗气量及风量通过时计算所需值，对风机和燃气阀进行智能控制，产品在燃烧时，在所有负荷范围内使过剩空气尽量保持最低，排烟损失热量最少，壁挂炉在所有符合范围内一直维持高效率。
为了使燃气燃烧更加充分和在小火时火焰稳定，燃烧器采用上鼓式燃烧器，燃气阀采用电流控制式燃气比例阀，风机采用无刷直流风机来更精确的控制进风量（风机转速可在1600～6000RPM/Min之间调节）。
3 能效测试数据
实验室测试相关产品最大采暖模式最大负荷/最小负荷能效及烟气成分数据如下：
1）测试概要：
测试样机：21kW（最大热输入：21kW，最小热输入：8.3kW）
室内温度：21.2℃，室内湿度：35.5%，燃气温度：17.5℃
2）测试结果：
从结果可以看出当最大功率21kW燃烧时风机转速在3510RPM/min时产品采暖热效率在92.7%，最小功率8.3kW燃烧时风机转速在2100RPM/min，可以维持最大功率时同等以上的产品热效率。现行壁挂炉能效标准为GB20665-2006要求≤50%热负荷时1级能效的限定值是92%，2级能效的限定值是84%，测试产的最小功率下的效率为93%可以达到1级能效要求。
4 实际应用中的节能效果
壁挂炉产品在采暖实际应用中，对低负荷运转状态下是否能产生有效的节能效果进行了如下的分析以及相关测试。
4.1 理论效果
假设21kW（最大功率21kW，最小功率8.3kW）壁挂炉安装于100㎡住房使用地板采暖，该房屋的采暖热损耗量为50W/㎡。
每小时房屋采暖功率：50W/㎡x100㎡=5000W
壁挂炉最小输出：8300x93%=7719W
壁挂炉的最小热输出大于房间每小时的热损耗量，房屋在热平衡（采暖出水温度到达设定温度）时产品应该以最小火燃烧。一般在壁挂炉选型时考虑到使用热水及从冷态加热到热平衡状态等因数壁挂炉功率会选择房屋每小时热损耗量的2～3倍。因此初期从冷态加热到热平衡状态的这段期间产品以最大功率燃烧，虽然各种采暖方式进入平衡状态的时间不一，但是一般不会超过1小时。因此在初期以大功率进入到热平衡状态后，后续的运转几乎都是以小火燃烧，因此小火燃烧占整体采暖时间的绝大部分时间，所以可以说部分负荷下的产品效率决定整体的采暖效率。
当然有些产品在设计上采暖回水接近目标温度后还是按照大火去燃烧，但这样的话会引起产品反复开关机，使产品相关部件寿命缩短并且浪费燃气，这部分在本文中不再论证。
4.2 实际效果
实际应用实验如下。
1）实验环境：
模拟房间：75㎡，铺设4路80m长，地暖管，总计320m。
使用产品：21kW（最大功率21kW，最小功率8.3kW）壁挂炉
冷却末端：使用4200W空调
采暖设定温度：60℃（采暖出水60℃停机，采暖出水50℃开机）
2）实验目标：测试壁挂炉采暖时的实际运转状态。
3）实验结果：
采暖出水从11℃开始，产品运转45分钟采暖回水达到58℃，进入最小负荷燃烧。
采暖回水温度上到50度以上后产品按照8.3kW～14kW区间功率运转，每小时停机2次，停机时间约20分钟左右。
从上述实验可以得出产品在正常采暖时大部分时间在小负荷燃烧。
5 注意事项
此项产品的设计最大的难点在于在吸入空气温度较低且产品在低负荷运转时需要保证产品热交换器内部不会出现冷凝水，需要在低温环境下持续监测热交换器表面温度，确定各热输入下每个点温度都高于露点，避免热交换器表面结露。
6 结论
实验表明壁挂炉在采暖工作时大部分时间在以小负荷燃烧，因此对于采暖费用影响最大的因数应该是部分负荷热效率，开发人员在设计产品时应该考虑提高部分负荷的产品热效率，双变频的产品可以在部分负荷下维持很高的产品热效率。
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