直流循環(huán)水泵在燃?xì)獠膳療崴疇t上的應(yīng)用研究

徐麥建 龔漢鑫 林林勇

（廣東萬和熱能科技有限公司 佛山 510510）

引言

零冷水燃?xì)獠膳療崴疇t采用熱水循環(huán)系統(tǒng)，預(yù)先加熱管道中冷水，實(shí)現(xiàn)即開即熱的效果，有效提升熱水使用的舒適性，深受用戶的喜愛。直流循環(huán)水泵可為管道預(yù)熱提供驅(qū)動(dòng)力，其具有體積小，揚(yáng)程高，不易卡等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于帶零冷水功能的燃?xì)鉄崴骷叭細(xì)獠膳癄t上，然而直流循環(huán)水泵不同的安裝位置會(huì)對熱水循環(huán)系統(tǒng)產(chǎn)生不同的影響，在實(shí)際應(yīng)用中會(huì)存在噪音高，水阻大等問題，給用戶帶來不良體驗(yàn)，未能充分水泵自身優(yōu)勢。

1 直流循環(huán)水泵特性及安裝位置方案

水泵為克服熱水循環(huán)系統(tǒng)的阻力提供驅(qū)動(dòng)力，是零冷水燃?xì)獠膳療崴疇t的一個(gè)核心部件，考慮到采暖爐的內(nèi)部空間受限，熱水管徑小等因素，本文選用了直流循環(huán)水泵應(yīng)用于熱水循環(huán)系統(tǒng)如圖1所示，它具有體積小巧、功耗低、揚(yáng)程可高達(dá)11 m，不易卡頓的特點(diǎn)，驅(qū)動(dòng)電壓VSP為 0～6.5 V [DC]，可適應(yīng)不同系統(tǒng)需要，其水泵特性曲線如圖2所示。

圖1 水泵模型

圖2 水泵特性曲線

市場上，水泵在采暖爐內(nèi)部熱水循環(huán)系統(tǒng)存在不同的安裝位置，主要分為兩種方式，一種為串聯(lián)安裝方式如圖3，即水泵安裝在進(jìn)水端的管道上；另一種為并聯(lián)安裝方式如圖4，即水泵安裝在回水端的管道上。機(jī)器內(nèi)部管道也決定了外部管道的布置方式不同，因此對熱水系統(tǒng)性能產(chǎn)生較大的影響。

圖3 水泵串聯(lián)安裝方式

圖4 水泵并聯(lián)安裝方式

2 水泵安裝位置對熱水系統(tǒng)性能的影響

本試驗(yàn)采用輸入功率為26 kW的板換式采暖爐，將水泵分別按圖3、圖4兩種方式進(jìn)行安裝，連接外部循環(huán)管道最長為80 m、管徑為DN15的循環(huán)管道，模擬用戶在使用過程中的用水體驗(yàn)，測試水泵對熱水循環(huán)系統(tǒng)用水的影響。

2.1 水泵自身水阻對用水流量影響

直流循環(huán)水泵由于體積小巧，因此它的流道口徑設(shè)計(jì)得比普通的采暖用的循環(huán)泵要小，如水泵按上述圖3串聯(lián)安裝，直流循環(huán)水泵在未啟動(dòng)時(shí)，會(huì)增加系統(tǒng)阻力，造成壓損，在水泵入水端通過施加不同的進(jìn)水壓力，測試用水端流量大小。

由圖5可知，相比進(jìn)水管道沒安裝水泵時(shí)，用水點(diǎn)的水流量明顯降低，隨著進(jìn)水壓力的增加，流量減少的越明顯，在進(jìn)水壓力為0.1 MPa，流量下降1.3 L/min，在進(jìn)水壓力為0.4 MPa，流量下降2.9 L/min，用水點(diǎn)離機(jī)器出水端從2 m增加到28 m，水流量下降加劇。如采用圖2并聯(lián)安裝方式，在用水時(shí)由于自來水未流經(jīng)水泵，因此不會(huì)造成壓力損失，對系統(tǒng)用水流量不產(chǎn)生影響。

圖5 水泵自身水阻對用水流量的影響

2.2 水泵啟動(dòng)增流功能對用水流量影響

不同地區(qū)在用水高峰期或樓層較高等原因引起水壓低，水流量偏小，影響了洗浴的舒適性，可以通過熱水循環(huán)系統(tǒng)上的直流循環(huán)水泵實(shí)現(xiàn)增壓增流，以加大用水流量，而水泵的不同安裝位置對起增流效果有一定的差異。

如圖6所示，針對于水泵串聯(lián)安裝方式，水泵VSP電壓越大，增流越明顯，在進(jìn)水壓力為0.1 MPa，VSP電壓為5.0 V時(shí)，相比未啟動(dòng)循環(huán)泵時(shí)增加2.2 L/min，VSP電壓為6.5 V時(shí),流量增加3.2 L/min；在進(jìn)水壓力為0.3 MPa，VSP電壓為5.0 V時(shí)，水流量增加1.4 L/min，VSP電壓為6.5 V時(shí)，流量增加1.7 L/min，因此低進(jìn)水壓力，增流效果明顯，隨著進(jìn)水壓力不斷增加，增流效果不斷減弱。

圖6 水泵串聯(lián)安裝增流效果

對于水泵并聯(lián)安裝方式，如果家里安裝了回水管，水泵串聯(lián)在回水管上時(shí)，此時(shí)是起不了增壓增流作用，如外部管道安裝按圖7連接時(shí)，保證了衛(wèi)浴進(jìn)水可以流經(jīng)水泵，經(jīng)測試如圖8所示，同樣起到增流作用，但相比水泵串聯(lián)安裝方式增流效果要弱。

圖7 利用冷水管作為回水安裝方式

圖8 水泵并聯(lián)安裝增流效果

將水泵串聯(lián)與并聯(lián)安裝的測試數(shù)據(jù)整合在一起如圖9所示，在VSP電壓為6.5 V時(shí)，兩者的用水流量已基本接近，但是在未啟動(dòng)水泵增流時(shí)，水泵串聯(lián)安裝由于自身阻力，導(dǎo)致用水流量明顯低于水泵并聯(lián)安裝的用水流量。另外水泵串聯(lián)安裝于進(jìn)水管道上，不管是在打開水龍頭用水還是啟動(dòng)熱水循環(huán)加熱時(shí)，水流均經(jīng)過水泵，在水質(zhì)差的環(huán)境下長期運(yùn)行容易造成水泵卡頓。水泵并聯(lián)安裝在回水管道上，洗浴用水時(shí)，無需經(jīng)過水泵，避免長期沖刷水泵，有利于延長水泵壽命。

圖9 水泵串聯(lián)與并聯(lián)安裝增流對比

3 直流循環(huán)水泵VSP電壓選取

3.1 VSP電壓對運(yùn)行噪音的影響

在熱水循環(huán)系統(tǒng)中，水泵VSP電壓大小、管道長度的變化對運(yùn)行噪音和循環(huán)流量會(huì)產(chǎn)生一定的影響；本文在管道長度為80 m和25 m的系統(tǒng)中進(jìn)行測試，通過改變水泵VSP電壓，測試噪音和水流量數(shù)據(jù)如表1。

表1 水泵運(yùn)行噪音測試結(jié)果表

由表1可知，水泵VSP電壓越大，系統(tǒng)運(yùn)行流量越大，管道加熱速度就越快，但伴隨的噪音也在增加，且管道阻力越大，噪音愈加突顯，而噪音對用戶體驗(yàn)的一個(gè)重要指標(biāo)，水泵在滿足驅(qū)動(dòng)熱水循環(huán)時(shí)，運(yùn)行噪音不應(yīng)高于整機(jī)正常運(yùn)行噪音，根據(jù)上表分析水泵VSP電壓為4.7 V時(shí)，在適應(yīng)不同管道長度及阻力變化，運(yùn)行噪音控制在48.7 dB以下，此噪音基本與整機(jī)正常運(yùn)行噪音持平，同時(shí)系統(tǒng)運(yùn)行流量不低于6 L/min。

3.2 整機(jī)調(diào)節(jié)比要求

根據(jù)上述分析水泵VSP電壓4.7 V時(shí)，可以克服一般家庭熱水管道系統(tǒng)阻力，獲得比較低的運(yùn)行噪音，但是驅(qū)動(dòng)水流量較低控制在6 L/min左右，在加熱過程中，隨著回水溫度不斷上升，壁掛爐工作的功率將逐漸下降，為獲得較佳的恒溫?zé)崴枋够厮c目標(biāo)出水溫差控制在5 ℃范圍內(nèi)，因此整機(jī)在運(yùn)行熱水循環(huán)預(yù)熱要具備超低功率運(yùn)行，最小功率需達(dá)到2.5 kW以下，在冬季采暖爐需以大功率燃燒滿足冬天低溫進(jìn)水，高溫出水要求。根據(jù)表2計(jì)算，當(dāng)啟動(dòng)零冷水功能，循環(huán)預(yù)熱時(shí)功率降低至2.5 kW。因此對機(jī)器負(fù)荷調(diào)節(jié)比的要求更高，調(diào)節(jié)比高達(dá)1:10以上。

表2 用水功率需求

4 總結(jié)

通過上述分析結(jié)論如下：

1）直流循環(huán)水泵由于流道口徑小，串聯(lián)安裝在進(jìn)水管道上，需克服自身水阻帶來壓損，導(dǎo)致降低用水流量，而并聯(lián)安裝結(jié)構(gòu)不影響用水系統(tǒng)阻力。

2）在低進(jìn)水壓時(shí)直流循環(huán)水泵可以起到明顯的增壓增流效果，但隨著進(jìn)水壓力增加，水泵增流效果減弱。水泵串聯(lián)在衛(wèi)浴進(jìn)水管道的安裝方式，外部管道布置簡單，增流效果明顯，但由于自身水阻大，因此在不啟動(dòng)增壓增流功能的應(yīng)用場合時(shí)，要考慮對用水的影響。

3）水泵驅(qū)動(dòng)電壓VSP越大，管道預(yù)熱速度就越快，但會(huì)帶來運(yùn)行噪音明顯增加，噪音是用戶體驗(yàn)的一個(gè)重要指標(biāo)，因此要合理設(shè)計(jì)水泵VSP電壓來控制運(yùn)行噪音，并與整機(jī)負(fù)荷調(diào)節(jié)比達(dá)到較佳匹配。

綜上，設(shè)計(jì)帶有熱水循環(huán)功能的燃?xì)獠膳療崴疇t時(shí)，需根據(jù)水泵自身特性，通過合理設(shè)計(jì)水泵安裝位置，設(shè)定合適的VSP電壓及整機(jī)負(fù)荷調(diào)節(jié)比，才能有效的降低運(yùn)行噪音并充分發(fā)揮直流水泵在熱水循環(huán)功能的應(yīng)用優(yōu)勢，以滿足用戶舒適的熱水需求。