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为什么一组暖气比三组暖气还费气?

申国强




壁挂炉到底费不费气这是每个消费者关心的问题,但对这个问题很难用一句话来说清楚。贵州一个用户只用了一组暖气片却发现每个月燃气费高达1500元,后来开了三组暖气费用反而更低,这是为什么呢?我们这一讲谈谈背后的原因以及如何做壁挂炉的系统方案才能让系统更节能。

有些朋友可能有疑问:为什么自己做的客户面积差不多,用的炉子末端等也差不多,但客户反映耗气量相差很大?

一个典型的例子就是某个用户家里安装了一台壁挂炉带6组暖气片的简单采暖系统,用戶反映在12月份一个月耗气费用是800元,到了1月份突然变成2800元,找暖通公司说壁挂炉坏了,要求更换一台壁挂炉,暖通公司认为不可能,因为壁挂炉的效率90%左右,再怎么出问题也不可能把效率降低到20%呀,但用户家里确实用了那么多燃气,没办法给客户解释,只好同意换炉子,结果是换了同样型号的新壁挂炉上去后耗气量还是一样大。用户家里采暖面积没变,散热器也没变,炉子也没问题怎么会耗气量相差3.5倍呢?

上面这个问题的根源在于我们没有分清楚壁挂炉的设备效率和系统效率的差别,壁挂炉的设备效率没变,各个品牌合格的产品都几乎差不多,但是系统效率可能相差数倍之多,而这个案例中的原因就是系统效率发生变化造成的。

设备效率:设备效率是在标准测试工况下壁挂炉有效利用的热量的能力。

在壁挂炉上我们都可以看到这样一个标签,上面标称不同级别的能效。

燃气壁挂锅炉效率的定义公式是:

η=Q1/B×QDWy×100(%)

效率=锅炉有效利用热÷输入锅炉的热量的百分数。

式中,Q1表示锅炉有效热,B表示燃料的消耗量,QDWy表示燃料的应用基低位发热量,其中Q表示燃料的发热量。

壁挂炉效率是在稳定工况下测试得到,代表壁挂炉燃烧效率和吸收输配效率。这个效率在能效测试报告中已经提供给我们了,即使三级能效至少要达到82%效率,北京强制的一级能效,效率达到95%以上。不同品牌的壁挂炉在设备效率上相差不大,同一台壁挂炉短时间内设备效率也很难有剧烈的变化。

有些细心的朋友会发现,上面有一个标签的效率标识是100.7%,意味着壁挂炉利用的热量比天然气蕴含的热量还多,是不是标错了呢?其实没有标错,因为我们进行效率标注的时候依据的是天然气的低位发热值为基础的,相对于高位发热值肯定任何锅炉效率都是低于100%的,但对低位发热值可以超过100%,理论上冷凝炉最高效率110%左右。

燃气高位发热值:所谓高位热值是指一标准立方米CH4完全燃烧后其烟气被冷却至原始温度,而其中的水蒸气以凝结水状态排出时所放出的热量QH= 890943kJ/kmol,其热值为39842kJ/Nm3。

燃气低位发热值:所谓低位热值是指一标准立方米CH4完全燃烧后其烟气被冷却至原始温度,但烟气中的水蒸气仍为蒸气状态时所放出的热量Q L= 802932kJ/kmol,其热值为35906kJ/Nm3。

燃气的高位热值在数值上大于其低位热值,差值3936kJ/Nm3为水蒸气的汽化潜热。 在工业与民用燃气应用设备中,燃气中的水蒸气通常是以气体状态排出,因此实际应用工程中常用燃气低位热值进行计算。

冷凝锅炉由于采用低温回水将烟气中的水蒸气进行冷凝,将其中蕴含的汽化潜热进行回收利用,因此效率比普通锅炉更高,通常在99%-109%之间,而普通锅炉不进行烟气冷凝回收,因此效率一般最高不超过95%。

壁挂炉的真实效率:如果按燃气的高位发热值为基础的话,冷凝炉真正效率大概在90%-95%左右,常规炉的效率在75%-85%左右。

但是需要注意的是冷凝锅炉采用特殊材质的换热器及冷凝水搜集器等方式可以允许冷凝产生,但普通壁挂炉没有这些措施,是需要严格防止冷凝现象的产生,否则会对换热器和壁挂炉火排等部件产生严重危害。避免普通壁挂炉产生冷凝的最重要手段是控制回水温度不低于55℃。这也是系统设计中需要考虑的问题。

系统效率:系统效率是在实际应用工况下通过末端散发到用户室内的有效热量。

η”=Q2/B×QDWy×100(%)

效率=系统有效利用热÷输入锅炉的热量的百分数。

式中Q2表示系统有效热,B表示燃料的消耗量,QDWy表示燃料的应用基低位发热量,其中Q表示燃料的发热量。

系统效率是将热源、传输控制、末端结合在一起,动态工况情况下系统获得的真实效率。

系统效率才是对用户有意义的,和表征系统是否高效节能的。

那么有个问题:如果壁挂炉设备效率90%,系统效率怎会很低?天然气燃烧的热量去哪里了呢?

系统效率最低可能是0,那么我们用下面这个例子说明一下壁挂炉的系统效率问题:

图中壁挂炉通过一个板换与二次侧散热器构成一个采暖系统,正常工作的时候壁挂炉产生的热量通过换热器进入二次系统,然后通过散热器散发到房间里,不考虑管道热损失的情况下,系统效率等于壁挂炉本身的设备效率,但是我们将二次侧水泵关闭,则末端不再散热,进入采暖系统的热量是0,但是壁挂炉还是会根据回水温度降低到一定程度。壁挂炉执行前吹扫然后开始点火,但是由于输出的热水经过板换后没有降温就回到壁挂炉中,壁挂炉很快就会超温熄火,然后执行后吹扫,如此反复点火熄火。

在上面这个过程中房间没有得到一点热量,但是壁挂炉仍然在消耗燃气,从整个系统来说系统效率就是0%。

当然这是一个极端的例子,实际使用中很少出现这种情况,但是既然系统效率可以是0,那么实际系统中系统效率是10%、20%、50%等等都不是不可能的,这也可以解释为什么同一台壁挂炉在使用过程中耗气量会相差甚远的原因。

系统效率是如何降低的?这个问题要从壁挂炉本身的工作特性说起。

壁挂炉有一个额定功率,指满负荷工作时能够输出的功率,还有一个最小功率,就是火焰能够稳定燃烧时输出的最小功率,对于常规锅炉来说,这个数值是额定功率的30%-40%,24千瓦的壁挂炉大概7.2-9.6之间,也就是说壁挂炉只要点火至少要产生这么大的热量,这些热量要靠水流及时带走,否则会导致出水温度过高出现超温停炉。

一般壁挂炉出水温度超过设定值5℃熄火,当壁挂炉出水温度设定75℃,温差20℃时,水温升高到80℃熄火,回水温度低于55℃时点火,如果水流过小点火后水流经过换热器温升超过25℃出水温度将达到80℃,壁挂炉会直接熄火。

我们计算一下,按壁挂炉最低负荷7.2千瓦计算,则流量小于:7200/1.163/25=247.6升时,壁挂炉出水温度直接超温,则不等热量送到末端壁挂炉将达到温度熄火,执行完后吹扫后由于回水温度较低再次点火,如此反复频繁启停。

为了保证壁挂炉的安全性,每次壁挂炉点火前都要进行前吹扫,通过风机对壁挂炉炉腔进行换气,将里面残存的燃气带走,当然同时也将热量带走;每次熄火后要进行后吹扫,将炉腔里残存的燃气带走,同时也将热量带走,这些带走的热量都没有进入房间,对于系统效率来说是无效的。

正常情况下壁挂炉的能效标识是在严格限定的条件下测试满负荷、30%负荷下的效率得到的,测试状态下工况稳定,燃烧稳定,流量符合要求,没有扰动因素影响,也不会出现上述频繁启停的问题,因此效率相对稳定。但是如果系统设计不合理产生上述频繁启停后,则导致壁挂炉的热量根本无法送入系统,都被风机带走,从而导致房间能够有效利用的热量大大降低,壁挂炉非常费气用户家里还可能不热。

为什么一组散热器比三组散热器还费气?

其实很多实际应用中耗气量高都是因为这个原因造成的:有一个客户壁挂炉带了6组暖气片,暖通公司调试好之后客户为了省钱只开启一组散热器,但是一个月下来发现燃气费达到1500元,投诉到暖通公司后派技术人员去检查,连续测试了几天发现都是14小时耗气量10立方,简单换算平均理论输出功率达到6千瓦,而这个房间安装的散热器实际散热量只有1千瓦左右,也就是每小时5千瓦的热量都被浪费了,系统效率只有16%。

客户向博容咨询后我们建议他开启三组散热器后再试试,结果经过几天的运行发现开启三组散热器后每14小时的耗气量反而降低到9立方。

上述这个案例就是典型的流量不足导致的耗气量异常升高,开启三组暖气后避免了壁挂炉频繁的启停,提高了系统效率。

如何避免散热器采暖系统效率过低?

对于壁挂炉带散热器采暖系统来说,通常暖通公司会给把各组暖气片调好,所谓的调好就是通过回水阀的限制让每一组暖气片都能热起来,调试的方式是将最远的回水阀全开,越靠前开度越小,第一组回水只开启一点点。调试完成后告诉用户回水阀不要动,如果哪个房间不用了就把进水阀关闭,用的时候再开开。

但是恰恰是这个原因给暖通公司造成大量的售后工作,也让业主承受更高的采暖费用。

调试的时候由于所有暖气都开启所以壁挂炉流量是能够满足要求的,但是当用于使用的时候关闭部分房间甚至只开启一个房间时流量就可能低于壁挂炉最小流量,特别是如果用户只开启第一组散热器,回水阀开度很小,过流量严重低于需要流量会造成频繁启停,严重的时候热水根本到不了散热器末端,出现用户不热壁挂炉气耗还很高的现象。

但是如果我们要求用户不管房间用不用采暖都要一直开着也不合理,解决这个问题要改变散热器调试的方式。

散热器应该采用比例流量调节阀进行进水调节:1.選用针对散热器流量特性设计的比例流量调节阀作为进水阀调节流量平衡,回水阀只做开关之用,用户可以根据开启散热器多少改变流量,避免流量过小问题。2.当散热器开启组数较多时适当关小调节阀,避免流量失衡冷热不均;当散热器开启组数小于3组时将调节阀全开,即使只开启一路也是全开保障最小流量的实现。3.壁挂炉配置一台无线温控器,放置在需要采暖的房间内,利用室温变化比较缓慢的特点,通过温控器减少壁挂炉的启停次数。

目前适合用于散热器流量调节的温控阀不太多,博容公司虎牢关温控阀可以实现上述目的。

在使用散热器恒温阀的时候要特别注意,由于散热器需要将流量降低到额定流量50%以下时才能比较有效的降低散热量,因此恒温阀起作用的时候通过的流量很小,一般只有几十公斤甚至十几公斤,非常容易导致壁挂炉工作失常,结果达不到节能的效果,因此要谨慎使用,或者做好压差旁通阀等辅助措施。

如何避免地暖系统效率过低:在地暖中常见的分室温控会造成同样的问题,如果壁挂炉直带地暖建议不要做分室温控,或者保留两路不进行控制,避免出现流量过低现象。

常规壁挂炉如果通过混水系统带地暖,要特别注意混水系统的流量转换作用会让壁挂炉的流量更小,导致问题更加严重,因此要选择针对壁挂炉设计的专用混水系统,提供足够的流量保障。

无论对于散热器还是地暖如果进行分室温控等变流量变负荷的控制,推荐中间加装蓄能水箱,通过水箱的水流去耦和热量存贮作用,避免壁挂炉出现上述问题,从而提高系统效率。

温控器对壁挂炉的节能作用:无论对于地暖还是散热器都强烈推荐加装温控器,可以有效地提高效率和室温舒适性,每个壁挂炉配置一个无线温控器即可。

温控器的壁挂炉的节能作用通过三个方面得到体现:1.室温每升高1℃房间采暖能耗增加8%左右,通过温控器控制房间温度不超过需要温度,避免室温过高的浪费。2.当家里没人的时候或者晚上入睡后可以降低室温获得节能,通过定时自动控制提前升温和降温,在保障舒适性的前提下降低能耗。3.当室温达到设定温度后,温控器控制壁挂炉停止工作,由于室温变化比较慢,直到温度降低到下限时才再次启动壁挂炉,避免壁挂炉根据水温快速变化而出现的多次启停,进一步降低能耗。

综合上面三个方面的作用,一台温控器可以让壁挂炉实现30%的节能效果,是非常有价值的配件,应该作为每个用户的标准配置。

小结:壁挂炉的节能要从系统考虑提升系统效率。我们往往将壁挂炉是否节能看作壁挂炉本身的问题,实际上壁挂炉本身标准工况下的效率相差不大,但是将其放到实际运行中,由于外部工况超出设计工况,导致壁挂炉工作异常,整体系统效率大幅度降低,这才是壁挂炉费气的真正原因,责任不是壁挂炉厂家承担,而应该是给用户设计和安装采暖系统的暖通公司承担,因此做一个对客户负责任的暖通公司必须能够设计高效稳定的采暖系统。

(作者单位:郑州博容节能设备有限公司)

【文献标识码】D

【文章编号】1671-3362(2020)03-0074-03

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