風機后循環對衛浴停水后非正常過熱保護的影響

龐國烽 梁展程

（廣東萬和熱能科技有限公司 佛山 528325）

引言

壁掛爐是一種集供暖和衛浴兩用的熱源設備，在北方深受消費者的青睞。在施工過程中，用戶往往結合自身需求對系統作定制化設計，導致壁掛爐的使用場景復雜多變。

調研發現，部分系統在夏季沒供暖需求時，會關閉壁掛爐供暖出、回水口處的閥門。正常情況下，當用戶衛浴停水以后，機器內的三通閥會切換回供暖狀態，這時風機后循環和水泵后循環啟動。風機后循環能迅速將熄火后燃燒室的余熱排走，避免余熱積攢。而水泵后循環能將供暖系統的低溫回水輸送到主換熱器內部，有效避免衛浴停水后過熱保護。而當壁掛爐供暖出、回水口處閥門處于關閉的狀態時，水泵后循環將無法從供暖系統輸送低溫回水到主換熱內部，剩下風機后循環正常工作。主換熱器溫度逐漸升高，極限溫控器動作，觸發過熱保護，需手動復位才能重新點火，極大影響用戶體驗。

本文是基于壁掛爐供暖出、回水口處閥門處于關閉的狀態下，探討風機后循環對衛浴停水后非正常過熱保護的影響，同時提出整改方案并驗證方案可行性。

1 衛浴停水后非正常過熱保護原因分析

從圖1可知，極限溫控器設置在主換熱器的出水口處，其目的是防止堵塞引起主換熱器干燒。

圖1 供暖狀態下水流方向示意圖

壁掛爐衛生水啟停是通過水流量傳感器信號控制的，衛生水關閉時，水流傳感器的反饋存在延遲，衛生水關閉以后機器會繼續燃燒（1～2）s，熄火后的燃燒室余熱仍然會加熱主換熱器，其余熱持續傳遞到主換熱器出水口附近，即極限溫控器安裝處的溫度會持續上升，嚴重時極限溫控制器動作觸發過熱保護[1]。

壁掛爐既能供暖也能提供衛生熱水，機器在供暖模式時，水流方向如圖1所示。當用戶開啟用水點時，機器檢測到水流量大于預設值，三通閥自動切換到衛生水模式，水流方向如圖2所示，當停止使用衛生水時，三通閥自動切換到在供暖模式，此時主換熱器的余熱被用于供暖，過熱問題很少發生。

圖2 衛生水狀態下水流方向示意圖

當用戶不使用供暖功能時，并關閉壁掛爐供暖出、回水口處閥門，如圖中A和E中的截止閥關閉。此時機器只有衛生水模式，使用衛生水并關閉后主換熱器余熱無法被供暖循環水帶走，機器過熱保護問題尤為突出。

2 試驗設備及條件

本試驗在綜合檢測臺進行，試驗設備包括燃氣流量計、衛生進水溫度計、衛生出水溫度計、溫度探頭、變源電源等，試驗設備如圖3所示。本試驗使用某品牌一臺額定熱輸入為20 kW的板換式壁掛爐進行，壁掛爐調節至夏季模式，關閉壁掛爐供暖出、回水口處的閥門，記錄關閉衛生水后極限溫控器的溫度變化。

圖3 試驗設備

試驗環境條件為室內溫度24.7℃，大氣壓101.2 kPa，空氣濕度53 %，試驗氣為12 T天然氣，燃氣溫度24.5 ℃。以下各組試驗均在板換式壁掛爐額定熱輸入，衛生進水溫度為20 ℃，衛生出水溫度為60 ℃下進行，以保證各組試驗條件一致[2]。

3 試驗結果與分析

3.1 控制邏輯調整前，試驗數據

試驗用的壁掛爐調節至夏季模式，當衛生水關閉后，壁掛爐的三通切換至供暖模式，風機后循環30 s后停轉，水泵后循序5 s停轉。提前關閉壁掛爐供暖出、回水口處的閥門，根據上述控制邏輯試驗，在衛浴工況熱平衡后關閉衛生水，極限溫控器溫度如表1所示。

表1 極限溫控器溫度隨時間推移的變化情況

由表1數據分析可知，關水后由于外循環通道關閉，水泵后循環僅作用于機器內部，此時只有風機能正常工作散熱，而風機后循環的時間較短，燃燒室的余熱通過主換熱器傳遞到極限溫控器，使其溫度一直升高，直至5 min達到97.1 ℃，其后溫度開始回調。極限溫控器的動作溫度為95 ℃，升溫的過程中極限溫控器動作，觸發過熱保護。

3.2 控制邏輯調整前，試驗數據

3.2.1 風機后循環延長，極限溫控器最高溫度情況

為避免衛浴停水后非正常過熱保護，必須降低極限溫控器最高溫度，延長風機后循環時間可增大散熱。調整現有的控制邏輯，風機后循環在原來30 s的基礎上分別延長N min，使外部冷空氣流入燃燒室內部降溫，同時排走燃燒室余熱，試驗數據如表2所示。

表2 極限溫控器最高溫度隨風機后循環時間延長的變化情況

由表2數據分析可知，延長風機后循環時間能降低極限溫控器的最高溫度，可避免極限溫控器動作。由于極限溫控器的溫度是通過主換熱器傳遞過來，延長風機后循環讓室外更多冷空氣進入主換熱器并發生對流換熱，降低主換熱器的基礎溫度，雖然風機后循環結束后燃燒室余熱仍然加熱主換熱器，但最終主換熱器的溫度仍會降低，進而令極限溫控器的最高溫度降低。

風機后循環時間延長4 min的極限溫控器最高溫度與風機后循環時間延長5 min的極限溫控器最高溫度差異很小，考慮到風機后循環時間過長會影響用戶使用體驗，因此選用風機后循環為4 min的控制邏輯較為合理。

3.2.2 風機后循環30 s后，根據預設溫度啟動第二次風機后循環，極限溫控器最高溫度情況

雖然延長風機后循環能降低極限溫控器的最高溫度，但風機運轉帶來的噪音問題和耗能影響用戶體驗。若在極限溫控器動作前，先讓主換熱器吸收一部分燃燒室余熱，風機再次二次啟動，由于主換熱器表面與冷空氣的溫差被拉大，風機相同的運行時間下，其散熱效率更高，帶走更多熱量[3]。在極限溫控器處設有溫度探頭，考慮到極限溫控器動作溫度偏差為（95±3）℃，為避免極限溫控器誤動作，預設值定為90 ℃。當極限溫控器處的溫度達到預設值90 ℃時，風機第二個后循環啟動，分別按Nmin運行，試驗數據如表3所示。

表3 極限溫控器最高溫度隨風機第二次后循環時間的變化情況

由表3和表2兩組數據對比分析可知，當極限溫控器溫度到達90 ℃后再啟動第二次風機后循環，相同風機運行時間下，極限溫控器最高溫度會降得更低。而極限溫控器溫度到達90 ℃后再啟動第二次風機后循環3 min的最高溫度與表2直接延長風機后循環4 min的最高溫度差異很少，考慮風機運轉帶來的噪音問題和耗能，因此選用極限溫控器溫度到達90 ℃后再啟動第二次風機后循環3 min的控制邏輯較為合理。

4 結論

本文通過關閉供暖出、回水口處的閥門，在衛浴工況熱平衡后關閉衛生水，研究風機后循環對衛浴停水后非正常過熱保護的影響，并通過了試驗驗證，本文結論如下：

1）關閉供暖出、回水口處的閥門，在衛浴工況熱平衡后關閉衛生水，極限溫控器的溫度在關水瞬間遠低于動作值，但隨著時間推移，極限溫控器的溫度逐漸上升，明顯高于動作值，觸發過熱保護。

2）關閉供暖出、回水口處的閥門，在衛浴工況熱平衡后關閉衛生水，水泵后循環僅作用于機器內部，無法有效散熱，可通過延長風機后循環能有效增強散熱，降低極限溫控器最高溫度。

3）關閉供暖出、回水口處的閥門，在衛浴工況熱平衡后關閉衛生水，第一次風機后循環結束后，極限溫控器溫度達到90 ℃后再啟動第二次風機后循環，相同風機運行時間下能更有效降低極限溫控器最高溫度。

綜合散熱效果和用戶體驗感，把控制邏輯調整為第一次風機后循環30 s結束后，檢測極限溫控器溫度，若溫度到達90 ℃時，啟動第二次風機后循環3 min較為合理。