冷凝式燃氣熱水器技術及其運用探索

【摘 ?要】隨著我國經濟的高速發展，能源問題日益突出，開發高效節能的燃氣熱水器刻不容緩。冷凝式燃氣熱水器是當前最節能、最環保的產品。冷凝式燃氣熱水器跟普通的燃氣熱水器相比，多增加了一級冷凝換熱器，通過吸收高溫煙氣而預熱冷水，吸收普通燃氣熱水器作為廢氣排走的熱量，節能潛力巨大。因此，對冷凝式燃氣熱水器進行研究具有現實意義和實際的應用價值。

【關鍵詞】冷凝式;燃氣熱水器;冷凝換熱器

前言：冷凝式燃氣熱水器技術應用是當下研究熱點之一，然而現階段我國冷凝式燃氣熱水器技術及實際運用依然存在諸多問題。如換熱效率低、排煙溫度高、冷凝效果不理想，運行時產生振動噪音等等，因此，要求行之有效的措施對其進行分析探索，如提高換熱效率、降低排煙溫度、增強冷凝傳熱、改善換熱器的結構，加強技術創新等。

一、冷凝式燃氣熱水器技術概述

燃氣快速熱水器是家用燃氣具類產品中普及率最高、耗能量最大的產品，普通燃氣熱水器的熱效率符合二級能效大于89%。冷凝式燃氣熱水器能夠達到一級能效，冷凝式燃氣熱水器增加了一個冷凝換熱器，使排煙溫度更低，既能利用煙氣的顯熱，又能吸收煙氣中一部分水蒸氣的汽化潛熱，熱效率能夠達到98% 以上。

冷凝式燃氣熱水器主要由燃燒系統、換熱系統、排風系統以及自動和安全控制系統所組成。其整機結構主要包括燃燒器、燃燒室、換熱器、凝結水收集器、排風機和自動控制、安全控制裝置等部分。

燃氣燃燒可供利用的熱量包括煙氣的顯熱和煙氣中水蒸氣的潛熱兩部分。普通型熱水器受其換熱器結構的限制，排煙溫度高，只能利用燃氣的低熱值部分;冷凝式燃氣熱水器由于排煙溫度很低，不僅能夠充分吸收煙氣的顯熱還能吸收潛熱，利用的是煙氣的高熱值。因此，冷凝式燃氣熱水器的熱能利用效率可以大大提高

二、冷凝式燃氣熱水器技術主要問題

（一）熱效率影響因素

（1）過剩空氣系數α是影響燃氣熱水器系統效率的重要因素，并且是個可控因素。過剩空氣系數α越大，單位體積燃氣的排煙量也會隨之增加，相應的煙氣損失就會增大，對于冷凝換熱器過剩空氣系數α越小，煙氣中水蒸氣的體積分數增加、分壓上升，水蒸氣的露點溫度升高，冷凝更容易，因此冷凝量增大，放出的潛熱增加。通過進一步的優化設計燃燒器的結構并實現低過剩空氣系數條件下燃氣完全燃燒，成為提升冷凝式燃氣熱水器效率的主要途徑。

（2）排煙溫度理論而言煙溫越高，意味著煙氣中所含的熱量就越高，則相應的排煙損失就越大。因此排煙溫度又是影響熱效率的又一因素。對冷凝式燃氣熱水器而言排煙溫度直接決定性的影響著冷凝放熱。排煙溫度若高于煙氣中水蒸氣的露點時，水蒸氣不會產生凝結效應此時的冷凝放熱為0，只有當排煙溫度低于露點溫度時，才有水蒸氣凝結放熱出現，在不考慮冷凝換熱器的材質腐蝕的問題的前提下，排煙溫度越低冷凝效果越好，冷凝放熱越大，直至理想情況下煙氣中的潛熱被完全吸收。

當換熱管壁厚相同時，熱導率越大換熱系數越大;在材料安全厚度的條件下，可以減薄換熱管的厚度來提高換熱系數

（4）其它因素：熱負荷的變化，進水流量，進水溫度，冷熱水溫升等。

（二）冷凝傳熱的的影響因素

對于冷凝式換熱氣器，尤其是在冷凝段影響換熱管傳熱系數的主要原因是蒸汽在管壁外形成液膜產生的熱阻，因此液膜厚度及其流動情況對換熱器冷凝傳熱效果會產生重要影響。

（1）煙氣流速對冷凝傳熱的影響，當煙氣流速較大時蒸汽與液膜之間產生一定的粘性切應力，當兩者流動方向相同時，力的作用會使液膜減薄，并激勵液膜產生波動傳熱效果增強。

（2）不凝性氣體對冷凝傳熱的影響，煙氣中含有多種不凝性氣體如氮氣，過剩空氣，氮氧化物等。當水蒸氣在管外壁面冷凝時，不凝性氣體在液膜表面形成一層氣膜，由于氣膜熱阻的存在導致導熱性能下降，阻礙了高溫煙氣與冷卻水的換熱。

（3）強化冷凝對冷凝傳熱的影響，采用強化冷凝技術，如在管外壁設置異形凸起物可以加速冷凝液的排出，減薄液膜厚度，增強了煙氣與冷凝水的換熱。

三、冷凝式燃氣熱水器技術具體運用

（一）提高熱效率

第一，優化冷凝換熱器結構，主燃燒室燃燒產生的煙氣，進入冷凝段換熱，煙氣進口的位置，煙氣出口的位置，煙氣的流向及流動方式等等對冷凝換熱有極大的影響，進而影響換熱效率，因此優化換熱結構是提高換熱效率的一種行之有效的方法。第二，更新冷凝氣材質，使用傳熱系數更高的換熱材料制作冷凝換熱器，增加換熱效率。第三，提高換熱器的平均溫差，如采用逆流流程，改變換熱管的排布方式等。第四，在換熱氣的表面設置隔熱層減少熱損失。

（二）強化凝結換熱

第一，減薄凝結液膜層的厚度或改良固體壁面的特性，如在換熱管上開溝槽引導液膜聚向溝內，減薄換熱表面的液膜厚度。第二，加速凝結液排出，如增加導流裝置，低頻振動等方法加速凝結液排出。第三，排出不凝性氣體，增強煙氣在固體壁面液膜的擾動或增加湍流流速，破壞不凝氣體的聚集，從而提升換熱。

（三）提升技術人員專業性

第一，定期、定時舉行技術交流及探討，主要側重于冷凝式燃氣熱水器技術換熱、傳熱、冷凝熱交換器結構設計等方面。第二，加強理論學習，理論學習主要包括：冷凝式燃氣熱水器技術原理、ANSYS模擬分析、流體力學，機械設計等，只有通過理論知識學習才能起到提升實際應用水平的最終目的。第三，提升工作經驗，技術應用在于理論結合實際，所以一定要注重技術人員的實踐應用能力培養，通過技術比武、主題活動等，不斷深入強化其實踐應用的綜合能力[5]。

（四）加強技術創新

技術創新不是盲目肆意的工作開展，而是通過對自身技術進行問題分析，結合國際先進冷凝換熱器技術，采用自主研發、自主創新的有效模式，具體如下：第一，對冷凝換熱器進行技術創新，建議結合先進的智能技術、遙感技術，使其使用者可以通過遠程操控進行個性設置。第二，對冷凝式燃氣熱水器的體積進行更小縮減，將側重點放在燃燒器、熱交換器，排風機設計方面，通過對機身的整體縮小可以起到節約空間實際作用[6]。

結論：綜上所述，通過對冷凝式燃氣熱水器技術及其運用進行分析探索，主要包括：冷凝式燃氣熱水器技術概述、冷凝式燃氣熱水器技術主要問題現狀，其包括熱效率影響因素、冷凝傳熱的的影響因素、冷凝式燃氣熱水器技術具體運用，其包括提高熱效率、強化凝結換熱、提升技術人員專業性、加強技術創新等，從多方面、多角度對冷凝式燃氣熱水器技術的主要問題、應用對策進行提出，為下一步工作開展奠定堅實基礎。

參考文獻：

[1]劉業鳳，華正豪.冷凝式熱水器加熱時間的影響因素及減少方法的分析[J].能源工程，2018，197（06）：60-64+70.

[2]高召寶，周偉國，羅洋，等.濃淡燃燒燃氣熱水器翅片管式換熱器數值模擬研究[J].上海煤氣，2018，333（05）：38-41+49.

[3]佘麗麗，彭世尼，呂山，等.室外風對強制給排氣式熱水器煙氣擴散的影響[J].煤氣與熱力，2018，v.38;No.320（08）：42-47.

[4]陳昔堅.風壓傳感器在燃氣熱水器中的發展趨勢[J].電子制作，2018，361（20）：75-76.

作者簡介：

朱雪媛 ? 學歷：本科

（作者單位：廣東萬家樂燃氣具有限公司）