一種PTC組件加熱的熱水采暖爐熱效率的試驗與探討

楊計廷，劉婧，王會山，孫慶斌

（1.河北省產品質量監督檢驗研究院，河北 石家莊 050227；2.河北宏天環保科技股份有限公司，河北 石家莊 050000；3.河北烽煊采暖設備制造有限公司，河北 晉州 052260）

隨著國家對清潔能源使用的推廣力度不斷加大，各類以電能為主能源或輔助能源的電采暖產品、設備應用增加，特別是電熱水取暖產品迅速發展，采用PTC組件加熱的熱水采暖爐是目前流行的電熱采暖爐的重要類別之一，其熱效率更是其主要技術指標，直接反映了質量水平的高低。本文對一種采用PTC組件加熱的熱水采暖爐進行了熱性能（熱效率）試驗與分析、探討。

1 產品結構及主要特點

試驗樣機為某公司生產的一臺采用PTC加熱組件進行電加熱的采暖爐（以下簡稱設備），設備中的PTC加熱組件采用環抱循環水管的水電分離加熱結構，被加熱的循環熱水管從加熱組件中間穿過，金屬管直徑25.4mm，加熱主體呈垂直狀態，采用下部回水上部出水方式，采用直徑15.2mm金屬管作為外部循環水管；PTC加熱組件安裝完成后加熱主體直徑約80mm，高度約420mm，PTC加熱組件外部初期未進行保溫處理，后期采用8mm厚度的聚酯保溫棉進行了封閉保溫處理；冷態加熱功率為8.02kW，穩態加熱功率7.78kW，最高出水溫度可控制在55℃±3℃，出水溫度監控測溫點布置在加熱管的出水端尾部，采用管外壁附著法（實際情況由于接觸不夠良好或穩定，只能作為參考使用），采用了觸摸屏的模式進行溫度調控，觸摸屏設置有工作模式調整鈕，實際測試時調節至長期工作制，供電電壓為220V±10V（實際電壓波動小于5V），50Hz；電源連接線采用標稱截面積為4平方毫米銅制導線，實際測算截面積為3.96平方毫米；試驗時采用制造商原配的熱水循環泵，循環泵有三個揚程檔位分別為7m/9m/15m；功率為150W/250W/320W。

2 試驗散熱設施布置

試驗用散熱設施由2組柱式散熱器，1組熱交換器與1.2m×0.8m×0.8m的散熱循環水箱組合而成，由于是第一次對該類型設備進行熱效率檢測，散熱設施采取了既可串連運行，也可以并聯運行或混合運行的安裝方式，充分考慮了試驗過程中的循環水溫度調控、循環水流量調控的方便性、穩定性問題，基本上滿足了試驗過程中要盡量確保循環熱水溫度的相對穩定性問題；測試用循環主管路直徑為φ25.4mm，測試樣機放置在高于地面50mm的木制絕熱墊材上，樣機中心點距離周圍墻壁（普通磚混）約800mm左右，距離散熱設施主體約1500mm左右，電能測量儀表距離樣機800mm，電源測試線長度大于1000mm；測試場地為封閉式專業檢測室，空間尺寸為不小于15m×10m×3.5m，單面墻體開窗2個，尺寸為1m×1.8m，實驗過程中兩個窗戶開啟角度均不大于30°，實驗室門為關閉狀態。

3 試驗儀器及傳感器布置

在距設備主體不遠于100mm處分，別將測溫傳感器探頭采用埋入方式置于循環管（包括回水管、出水管）內部近似軸線位置，流量測量采用某公司生產的電磁流量計，安裝于設備回水管路上。在距設備主體不遠于1000mm處放置風速傳感器和環境溫度監控儀表，在散熱器末端安裝有放氣閥及壓力傳感器用于監控內部壓力及偶然性過壓力釋放。溫度測量儀表準確度為0.01℃，流量傳感器測量準確度為0.001m3，壓力傳感器準確度為0.001MPa，風速傳感器分辨率為0.1m/s。

表1

表2

4 試驗過程及檢測數據

（1）試驗方案簡述。

根據設備的自身和檢測試驗的實際情況，本次預先擬定在2種熱水循環速度下各進行3次試驗和測試，采用散熱水箱+散熱器作為散熱裝置（為便于進行流速調節而設置），循環水流量分別設置為1.0m3/h、1.2m3/h，流量偏差均控制在0.05m3/h范圍內。每次測量均使被試設備及循環水溫處于常溫后再重新運行，每次啟動試運行時間均不小于40min，當出水及回水管溫度變化小于1℃/10min時，開始進行正式測量，每次測量時間為40min。

（2）試驗數據監控及記錄原則如下。

①流量采用累積計量方式，每間隔5min監控一次循環水流速變化情況，確保流速穩定在與設定值的偏差不大于其5%的范圍內；

②電能消耗亦采用累積計量方式，每間隔5min觀察一次電壓、電流及功率變化情況，試驗結束時記錄電能消耗值；

③循環出水和回水溫度每隔2min記錄一次，試驗結束時分別取其平均值進行計算。

（3）試驗數據如下。

①試驗循環水流速為1.0m3/h±0.05m3/h，室溫：22.5℃時，測試情況詳見表1；

②試驗循環水流速為1.2m3/h±0.05m3/h，室溫：22.5℃，測試情況詳見表2；

③綜合熱效率按下式進行計算：

η=100×[4.186·k·ρ（t2-t1）×1000V]/3600E

式中含義：

η——效率，%；

t——溫度，℃；

t2——出水平均溫度，℃；

t1——回水平均溫度，℃；

k——流量校正系數（采用插入法對流量計測試/校準證書中的流量校準數據進行換算），%；本次試驗取值為1.122。

ρ——水密度校正值，%；本次試驗取值為0.988；

E——試驗消耗電能，kW·h；

V——熱水流量體積，m3。

5 結語

通過對產品結構、試驗狀況及試驗數據分析和研究可知，對于采用PTC加熱組件的電熱水采暖爐，當其安裝結構、循環管路設計及管徑相同時如下。

（1）在相同循環熱水流速和散熱條件下，當循環熱水出水溫度升高時，熱效率有下降趨勢。

（2）在基本相同循環熱水出水溫度和散熱條件下，循環熱水流速增大時熱效率有增大趨勢。

（3）對于該類產品，如果在加熱部件安裝結構設計、循環管路設計及管徑匹配，循環泵選擇匹配等方面進行優化，其綜合熱效率（輸出熱水能與消耗總電能之比）大于95%甚至更高是完全有可能的。