关于高效燃气热水器的实验研究和节能研究

关于高效燃气热水器的实验研究和节能研究

杨艳

中国市政工程华北设计研究总院有限公司城市燃气热力研究院，天津市南开区 300384

摘要：由于我国对环境保护的要求越来越严格，对能源节约的要求越来越大，使得天然气成为了目前重要的采暖方式，同时成为了高效燃气热水器的主要能源。为了研发出更加高效的燃气热水器，本文就着重对高效燃气热水器的实验与节能方面展开了研究。目前高效燃气热水器主要采用的技术为冷凝传热技术与低污染燃烧技术。通过对燃气热水器实验研究，能够得到不同工况下燃气热水器的热效率、NOx与CO的排放量等等，然后将高效燃气热水器和传统热水器相比较，能够发现高效燃气热水器的热效率更大、污染更小、能耗更低，给燃气热水器发展带来了很大的帮助。关键词：高效燃气热水器；实验研究；节能研究

    如今天然气属于非常重要的能源之一，被用于很多方面，如灶具、热水器、采暖炉等等，随着社会的快速发展，使得人们对天然气的需求量非常大，为此要求热水器必须高效和节能，并且人们很早时期就开始研究高效、节能的热水器，最早研究成功的高效热水器就是冷凝式热水器，其是在1979年被研究出来的，是荷兰研究出的。我国最早的冷凝式热水器是在九十年代末期研究成功的，为全面推广我国的高效、节能热水器，便向很多国家制定了优惠措施，主要包括：荷兰、法国、英国、美国、比利时等等。同时为了更加了解高效热水器的节能情况与高效情况，特别对传统采暖炉和冷凝热水炉展开了比较，通过比较热效率与节能情况证明冷凝热水炉的高效、节能优势。在此选取的传统采暖炉热效率为88%，冷凝式热水炉热效率为96%，共节能8%，随后又选取了一些传统采暖炉和冷凝热水炉进行比较，能够发现冷凝式热水炉的热效率大概为95％-110％，节能大概为8％-22％，由此能够证明冷凝式热水炉属于非常高效的锅炉，因为其能够有效运用烟气的冷凝产物，使得热效率大于95％。同时污染也非常小，非常容易安装，所以冷凝式热水炉在燃气热水器当中被广泛应用，具有很大的市场地位，经过调查发现，在1999年时，欧洲的冷凝式热水器就已经占全部热水器的20％以上，如今冷凝式热水器就已经占全部热水器的70％以上。高效燃气热水器的出现给热水器热效率提升、节能环保等方面带来了很大的帮助。

一、高效燃气热水器的节能研究        

    高效燃气热水器的节能实现主要就是有效利用了排烟的温度，将烟气的水蒸汽有效潜热。高效燃气热水器主要的能源就是天然气，而天然气的主要成分就是甲烷，所以燃气热水器的燃烧化学计量反应式如下：CH4+2O2→2H2O+CO+Q。其中Q为燃烧反应的热效应，即燃烧热。以1m3的CH4为例，低热值是3.64×104kJ/m3，高热值是4.04×104kJ/m3，燃烧的水蒸汽冷凝所放出的热量大概是低热值的11％。因为冷凝式热水器的运行原理就是把烟气的水蒸汽有效潜热，然后高效收回，所以冷凝式热水器的节能效果要比普通非冷凝热水器更强。如果依据低热值所算出的非冷凝式热水器效率是100％，则冷凝式热水器的效率就是111％；如果依据高热值所算出的冷凝式热水器效率是100％，则非冷凝式热水器就是90％。如果选取适当的燃烧方式以及过剩空气系数能够有效降低烟气的产量，较少烟气损失，并增大热效率，大概能够增大5％，于是就采用新的燃烧方式来较少热水器的NOx与CO排放量。

二、实验热水器的主要类型

    为了有效研究高效燃气热水器的节能与性能，选取了六种热水器展开实验，其中热水器1为传统的家用燃气热水器，为了让实验更加完善，选取了两种常用的性价比高的热水器型号，传统家用燃气热水器主要采用的燃烧器为大气式燃烧器，能够强制排风，不过只用于生活热水。热水器2为低污染家用燃气热水器，其能够强制鼓风燃烧，热水器2和热水器1的主要差别就是运用了低污染的燃烧器。热水器3为冷凝式家用燃气热水器，其是基于热水器2新增了能够回收烟气的水蒸汽潜热冷凝换热器。热水器4为两用热水炉样机，其基于热水器2新添加了供采暖的功能，所以具有一套能够加热采暖系统的用水设施，这样就构成了两套水循环系统。热水器5为冷凝式两用热水炉样机，其是基于热水器4增加了冷凝换热器。热水器6为两用热水炉样机，其主要是产品开发提供的样机，其是基于热水器4优化了换热器，使得热水炉的结构布局变得更加紧凑，同时运用了全自动的控制系统。

三、热水器热效率实验

（一）实验的主要参数

    实验的主要参数包括：燃气量、燃气压力、燃气温度、燃气低热值、高热值、空气流量、风压、大气压力、温度、排烟温度、NOx浓度、CO浓度等等。如果是单供生活用水的热水器，还需要测定生活用水量以及热水器的进出口温度；如果是两用热水炉，还需要测定通过水热交换器以后的进出口水温以及水量。

（二）实验的结果

    在此利用国标的要求实施计算与测试，分别测试了两种情况的实验结果，一个是水温升到40℃时，另一个是出口水温是45℃时。计算的公式为：F＝Q0/Qi。其中，Qi 代表燃气输入热；Q0代表燃气输出热，也是水所带走的热量。低热值计算公式为：Qi.l=Hl·Vg；高热值的计算公式为：Qi.h＝Hh·Vg；生活用水系统的计算公式为：Q0＝G1 C1（ t2-t1）；两用热水炉 的计算公式为：Q0＝G2 C2（ t4-t3）。表1为热水器的测试结果。

表1 热水器测试结果

    随后又对我国销量较好的非冷凝式热水器与国外销量较好的非冷凝热水器展开了对比，所比较的产品结构以及控制系统都是差不多的，主要的差别就是燃烧器不一样。经过比较可知，紧凑型的热水器性能要比普通的强很多，同时热损失也更少，大概降低5％。另外，因为同样的原因，紧凑型冷凝式热水器也要比普通热水器性能强很多，不过还在实验阶段。

四、总结

    通过上述内容可知，因为燃烧方式不同，所以热水器的热效应以及节能情况都是不同的，并且污染物的排放情况也是不同的。经过实验能够发现，其他情况不变的情况下，运用低污染燃烧技术的热水器热效率更高，要比普通热水器高5％左右。对于热效率与污染物排放情况来说，热水器4要比国外很多热水器的热效率都高一些，其比日本的某品牌热水器会高出16%。另外，冷凝式热水器的热效率以及节能情况都比非冷凝热水器的热效率以及节能情况强，其中热水器热效率高于9％左右，大概节能20％左右，对高效燃气热水器实验研究给热水器的发展带来很大的促进作用。

参考文献

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［4］ 傅忠诚等. 燃气燃烧新装置［M］北京：中国建筑工业出版社，1983.

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