摘　要：介紹我國燃氣熱水器的發(fā)展歷程及燃氣熱水器的噪聲來源，探討低噪聲強排式燃氣熱水器的創(chuàng)新設計(改變風機的電機形式、改變風機安裝及散熱方式、優(yōu)化控制程序)，將低噪聲強排式燃氣熱水器與傳統(tǒng)強排式燃氣熱水器進行噪聲對比。低噪聲強排式燃氣熱水器噪聲比市場土的傳統(tǒng)強排式燃氣熱水器主流機型低4～10dB以上，且煙道堵塞保護功能更智能、更可靠。

關鍵詞：燃氣熱水器；  低噪聲；  強排式；  耐高溫風機；  直流無刷電機；  煙道堵塞保護

Research on Low Noise and Forced Exhaust-type Gas Water Heater

Abstract：The development course of gas water course in China and its noise sources are introduced．The innovative designs of low noise and forced exhaust-type gas water heater that change fan electromechanical type，change fan installation and heat radiation mode and optimize control program are discussed．When the noise of low noise and forced exhaust-type gas water heater is compared with noise of traditional forced exhaust-type gas water heater，the noise of low noise and forced exhaust-type gas water heater is 4 to 10dB lower than noise of mainstream models of the traditional forced exhaust-type gas water heater in the market，and its flue blocking protection function is more intelligent and reliable．

Keywords：gas water heater；low noise；forced exhaust-type；high-temperature resistant fan；brushless DC motor；flue blocking protection

1　我國燃氣熱水器的發(fā)展歷程

燃氣熱水器使用方便、熱效率高，深受人們喜愛。我國燃氣熱水器從20世紀60年代開始生產，至今已走過50多年的發(fā)展歷程^[1]。20世紀90年代以前，基本都是小出水量、廢氣直接排在室內的直排式熱水器^[2]；90年代中期，較大出水量的煙道式燃氣熱水器面世^[3-4]，可將廢氣通過煙道排放至室外，安全性得到了提高；90年代末期，安全性高、安裝相對簡便的強排式燃氣熱水器開始推廣使用。由于強排式燃氣熱水器使用了排風機，采用了強化燃燒技術，使用時不可避免地發(fā)出噪聲。CB 6932—2001《家用燃氣快速熱水器》規(guī)定，整機噪聲在65dB以下(含65dB)為合格產品。在滿足其他指標的前提下，產品噪聲越低，越具有市場競爭力。因此，降低噪聲是燃氣熱水器改進的一個重要方向。

2　燃氣熱水器的噪聲來源

①燃燒噪聲

燃燒噪聲是火焰波動引起局部區(qū)域流速和壓力變化產生的。燃燒噪聲與燃燒器的火孔熱強度、一次空氣系數(shù)有關，火孔熱強度越大或一次空氣系數(shù)越大，則噪聲越大。目前燃氣熱水器生產廠家主要是通過降低火孔熱強度來降低燃氣熱水器噪聲，即增加火排數(shù)目，但是成本也隨之增加。

②風機噪聲

風機運轉時產生的噪聲主要是周期性的排氣噪聲和渦流噪聲。排氣噪聲是葉輪在一定壓力下運轉時，周期性地擠壓氣體并撞擊氣體分子，導致葉輪周圍氣體產生速度和壓力脈沖，并以聲波的形式向葉輪輻射而產生的。渦流噪聲是葉輪高速旋轉時，在其表面形成大量的氣體渦流，這些氣體渦流在葉輪界面上分離時產生的。風機轉速越高，噪聲越大。

③其他噪聲

其他噪聲包括氣流噪聲、水流噪聲等。

3　低噪聲強排式燃氣熱水器的創(chuàng)新設計

④改變風機的電機形式

傳統(tǒng)強排式燃氣熱水器(以下簡稱傳統(tǒng)熱水器)的內部結構見圖1，低噪聲強排式燃氣熱水器(以下簡稱低噪聲熱水器)的內部結構見圖2。與傳統(tǒng)熱水器相比，低噪聲熱水器的風機采用直流無刷電機，可以實現(xiàn)無級變速。調速方式為PWM(電源脈沖寬度調節(jié)控制方法)低噪聲調速，彌補了以往交流電機檔位調速產生低頻噪聲的不足。由于采用直流無刷電機，主控制板可以接收風機的反饋電流信號，以此判斷煙道是否堵塞，解決了運行監(jiān)控問題。因此相比傳統(tǒng)熱水器，低噪聲熱水器省去了風壓開關。

②改變風機的安裝、散熱方式

為了降低噪聲，對風機的安裝、散熱方式等進行了創(chuàng)新設計。為了減小系統(tǒng)阻力，風機突破傳統(tǒng)的豎置安裝，創(chuàng)新性地采用了橫置安裝。通過整機實驗，在相同的燃燒工況下，橫置風機比豎置風機轉速低300～400r／min。高溫煙氣作為工作介質，對于直流風機來說是一個很大的挑戰(zhàn)。通過不斷地創(chuàng)新研究，設計出一款耐高溫風機，是在蝸殼和電機之間增加散熱風扇和隔熱板，電機中的控制板安裝在遠離蝸殼側。

③優(yōu)化控制程序

a．為了減少傳火時發(fā)出的噪聲，點火時，程序會根據(jù)當前負荷選擇l段或3段點火，減少傳火。

b．每段的最大負荷點是噪聲的峰值點，為了盡量降低此處的噪聲，程序上采取了兩個措施：在滿足煙氣排放的前提下降低風機轉速；在滿足段間重合區(qū)的前提下，優(yōu)先在下一分段下工作。

c．為了在煙道堵塞時確保熱水器的安全性，程序上采取了四重保護措施：前清掃煙道堵塞檢測；具有運行過程中的抗風壓功能；后清掃煙道堵塞檢測；快速響應停機，即當檢測到風機電流突然小于某臨界值時(出現(xiàn)火焰外溢、黃焰等不良燃燒狀態(tài))，直接關閉燃氣閥門，熱水器停止運行。通過檢測可知，低噪聲熱水器(采取四重保護措施)的煙道堵塞保護功能比傳統(tǒng)熱水器(采用風壓開關)更智能、更可靠。

4　與傳統(tǒng)熱水器的噪聲對比

選取市場上主流容量(11L／min、13L／min、16L／min)的強排式燃氣熱水器主流機型與低噪聲熱水器進行噪聲對比測試，測試結果見圖3～5。

由圖3可知，當熱負荷在18kW以下時，11L/min的低噪聲熱水器的噪聲比主流機型低7dB以上；最大熱負荷時，低4dB以上。

由圖4可知，當熱負荷在21kW以下時，l3L／min的低噪聲熱水器的噪聲比主流機型低10dB以上；最大熱負荷時，低6dB以上。

由圖5可知，當熱負荷在24kW以下時，l6L／min的低噪聲熱水器的噪聲比主流機型低10dB以上；最大熱負荷時，低4dB以上。

5　結論

低噪聲強排式燃氣熱水器通過改變風機電機形式、改變風機安裝及散熱方式、優(yōu)化控制程序，達到降低噪聲的目的。低噪聲強排式燃氣熱水器的噪聲比市場上的傳統(tǒng)強排式燃氣熱水器主流機型低4—10dB以上，且煙道堵塞保護功能更智能、更可靠。

參考文獻：

[1]蔡瑩，秦朝葵．燃氣熱水器技術進展[J]．煤氣與熱力．2006．26(11)：34-37．

[2]劉麗珍，邵震宇，吳媛媛，等．直排式燃氣熱水器對室內空氣污染試驗[J]．煤氣與熱力，2009，29(3)：B26-B30．

[3]王啟，劉彤．煙道式熱水器潛在危險的分析[J]．煤氣與熱力，l996，16(4)：33-35．

[4]王啟．自然排氣煙道式燃氣熱水器的安全使用[J]．煤氣與熱力，2005，25(2)：63-65．

本文作者：邱步  畢大巖  劉永生  周素娟

作者單位：艾歐史密斯(中國)熱水器有限公司