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家用燃气壁挂式采暖/热水两用炉的技术分析

作者：同济大学侯利华魏敦崧

摘要：主要介绍了家用燃气壁挂采暖/热水两用炉的历史、结构，在分析其工作原理及优缺点的基础上指出两用炉将成为集中供热系统很重要的补充形式。
关键词：采暖/热水两用炉集中供热分户采暖市场前景

1.概述
家用燃气壁挂式采暖/热水两用炉(简称两用炉)是既可用于家庭集中供热又可用于提供卫生热水，并可悬挂在墙上，不占用居室面积的家用燃气具。两用炉起源于欧洲，至今已有100多年的历史，目前已占据了德国、法国、英国等发达国家大部分的民用供热市场；在上世纪90 年代中期，开始进入我国市场，经过10 年发展，已和容积式燃气采暖炉、容积式电采暖炉成为单户采暖市场的主要候选方式。但相对于欧洲还处于起步阶段。
两用炉产品的发展阶段从其安全可靠性、一体化及电控水平考虑，可分为三个阶段。1、将大锅炉小型化后用于家用，产品安全可靠性差，一体化程度低，电控水平低；2、上世纪70 年代出现以内燃式、炮筒式为结构的产品，产品性能比{dy}代在各方面都有一定程度的提高，但存在管道的跑冒漏滴等问题；3、上世纪90 年代出现外燃式结构(炉排)为特点的产品，采用闭式循环结构及比例式燃烧控制，在安全性、自动化控制等方面都有了质的飞跃。
冷凝式两用炉的原理与冷凝式热水器的相似，都是把排烟温度降到烟气露点附近，尽量充分利用烟气的显热和水蒸气的潜热，大大提高热效率，降低排烟损失以及酸性气体的排放。
2.两用炉的结构及工作原理
两用炉的结构主要包括：燃气系统、燃烧系统、采暖水系统、卫生水系统、主换热器、二次换热器及控制系统等见图1。

图1 家用燃气壁挂式采暖/热水两用炉结构

1-板式换热器；2-电动三通阀；3-自动旁通阀；4-燃气阀；5-燃烧器组件；6-火焰感应针；7-燃烧室；8-平衡烟管；9-风机；10-风压开关；11-主换热器；12-点火电极；13-膨胀水箱；14-自动排气阀；15-循环水泵；16-采暖水压力表；17-安全阀；18-放水阀；19-水流传感器；20-注水阀；A-燃气入口；B-采暖水出口；C-卫生热水出口；D-冷水入口；E-采暖水回水口。
当需要供暖时，两用炉自动检查水压是否正常，三通阀切换至供暖位置，循环水泵和风机自动开启。待风压开关接通，点火电极点火的同时，燃气阀自动打开，火焰感应针检测到火焰，证明燃烧器点火成功，两用炉进入正常工作阶段。水经过主换热器后，被送到室内的采暖设备(如散热片、地板辐射供热系统的加热盘管等)。此时采暖水的流向：采暖水回水口→膨胀水箱→循环水泵→主换热器→三通阀→采暖水出口→散热设备→采暖水回水口。燃烧器被点燃后，两用炉在低负荷工况下运行，然后逐渐增大到设计工况。当室内温度控制器或定时器要求停止加热时，燃烧器熄灭，燃气阀关闭，但循环水泵将继续运行5-30s以降低主换热器中的采暖水温度。
当需要卫生热水时，三通阀自动切换至卫生热水位置，两用炉停止供暖采暖，水只在两用炉内部循环，并通过板式换热器向卫生用水传递热量，加热卫生水。当不需要卫生热水时，三通阀又自动切换供暖位置。此时采暖水的流向：采暖水回水口→膨胀水箱→循环水泵→主换热器→三通阀→板式换热器→膨胀水箱。而卫生热水的流向：冷水入口→板式换热器→卫生热水出口。
为了确保使用者的安全，两用炉有熄火保护装置，在火焰意外熄灭时，自动关断燃气通路：水温限定装置，限定卫生热水温度不超过65℃，避免水系统内部结垢或过热；过热保护装置，防止水温过热而引起意外危险；超压防护装置，防止系统内压力过高而损坏主机及其它设备；防倒风保护装置，防止烟囱堵塞或烟气倒流室内，强制平衡流量使其燃烧系统与室内隔绝并具有抗风能力。
3.两用炉的性能要求优势及其不足
3.1 性能要求
1)两用炉应把洗浴热水与采暖热水分隔开。如果洗浴时使用采暖系统中的水，不仅会加快采暖管道的锈蚀，还对洗浴者的健康有害；
2)在运行时应保证热水优先，由于建筑物的热惰性，暂停采暖1-2h，室温不会突然下降；
3)两用炉的负荷为热水负荷及采暖负荷，其中热水负荷大于采暖负荷，如果是节能建筑，热水负荷就更大于采暖负荷；
4)有水泵的燃气热水/采暖两用炉，水泵的扬程与采暖系统的管道阻力需要匹配，同时还与热水炉的进出口温度有关。没有水泵时，应按采暖设计标准，采用重力循环或机力循环的热水采暖系统；
5){jd1}不能安装在卧室内或人员休息处；
6)为了使用方便有一套水动点火和监视点火以及熄火保护等安全控制系统；
7)应配置有采暖系统要求的水泵与压力平衡罐，配置安全的排烟管，一般采用强制给排气方式排烟。
3.2两用炉的优势
1)两用炉体积小，可以挂在墙上，不占用居室面积，外形美观，使用方便；
2)既能提供热水又能采暖，不仅方便了用户而且可以节省卫生热水制备及管网的投资费用，提高了设备的利用率；
3)舒适性强，易于操作，使用安全。用户可根据自己需要的供暖时间，调节室内温度，在家中无人时，可将室内温度规定值降低。使用生活用水时，仅需操作冬——季夏季转换手柄，供暖温度调节键，生活热水温度调节键和开启键即可；
4)省去了安装集中供热锅炉房及铺设管道，避免了一次管网和换热站及二次管网的热损失，可节省7％左右的能源，还可以避免集中供热网水力不平衡造成的热损失；
5)便于计费管理，便于供热收费政策的实施。促进供热商品化，避免老的集中供热系统中收费困难、供热质量不高的弊端。
3.3 不足之处
1)与热水器相比，两用炉的控制系统更复杂；
2)两用炉的热负荷是根据用户热水要求决定的。一般的家庭中采暖负荷低于热水，尤其在地区室外温度不是很低的地方。如果主要是为了采暖，两用炉的热负荷有偏高的可能；
3)没有集中供热用户省心。使用两用炉的用户要经常去注意两用炉有没有熄火，同时还要防止烟气倒流，不如集中采暖/供热水安全；
4)两用炉内有水泵与风机等设备，使其本身就已经属于电气产品。为此电气控制部分要求很严，提高了造价。用户在使用时，要注意避免接地不良造成的触电；
5)燃气分户采暖是分户排烟，可能会发生低空污染
6)因为用户要求室内温度不同(特别是年轻人没有小孩的家庭可以把室温调得很低)，会造成内墙传热。就有可能使散热条件差的用户可以少用甚至不用燃气采暖。不用燃气采暖的用户也不需要交纳60％-79％的平均面积采暖费。因此对用两用炉采暖的用户影响很大，增加了采暖费。而加厚内墙又会增加建筑的投资；
7) 两用炉需要经常运行，其使用时间比较长，设备的耐久性能、烟气成分等方面要求比较高，这将会增加设备费用；
8)两用炉的使用费用在一定程度上受到燃气价格的影响，各级政府应制定优惠政策，对这种既节能又环保的设备大力推广，对使用两用炉的家庭进行适当补贴。
4.两用炉市场的展望
随着城镇供热体制改革向纵深方向发展，建设部在2000年10月1日起实施的《民用建筑节能管理》规定中要求：民用住宅供暖推行温度调节和用户供热计量收费。
随着我国西气东输、川气入湘鄂、东海气上岸、俄(罗斯)气南下等工程的进展，我国有望在几年内形成一个贯穿全国的天然气管网，两用炉市场将进入一个飞速发展期。尤其是华东、中南等相对富裕但没有采暖传统的地区，冬季实际非常寒冷但却没有集中供暖。为了环保和节能的需要，政府鼓励使用天然气等清洁能源，分户热计量、供暖多元化已成趋势。两用炉作为热源的新型分户式供暖系统也日渐受到关注。
我国目前的两用炉市场主要集中在华北、西北、山东等地区，这些区域的市场已经完成了初期的市场培育，发育得比较xx，消费者已经接受这种新型采暖方式，到了选择品牌的阶段，市场潜力巨大。
国内房地产业的迅速发展，全国上市的商品房数量不断增加，民用供热的市场化及人们对优质舒适生活的追求，都为两用炉提供了巨大的市场发展空间。从业界发展趋势来看，热水器企业发展到两用炉企业是行业的必然趋势。因此两用炉拥有很好的发展前景，将成为集中供热系统很重要的补充形式。

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