摘　要：將某型號冷凝式燃?xì)鉄崴?/a>作為實(shí)驗(yàn)對象，在不同冷水進(jìn)水壓力條件下設(shè)定出水溫度，進(jìn)行熱水器熱效率、總熱負(fù)荷、冷凝換熱器熱負(fù)荷實(shí)測計(jì)算。對熱水器性能影響因素及冷凝換熱器熱負(fù)荷占總熱負(fù)荷的比例進(jìn)行計(jì)算分析。

關(guān)鍵詞：冷凝式燃?xì)鉄崴?/a>；  冷凝換熱器；  熱負(fù)荷

實(shí)驗(yàn)對象為某型號冷凝式燃?xì)鉄崴?，為?shù)控智能恒溫式熱水器，控制器根據(jù)進(jìn)出水溫差、流量的變化自動(dòng)快速調(diào)節(jié)燃?xì)獗壤y，進(jìn)而調(diào)節(jié)熱負(fù)荷，使實(shí)際出水溫度與用戶設(shè)定溫度快速保持一致。熱水器內(nèi)部水系統(tǒng)不設(shè)置電子控制閥門，熱水流量的控制在于用戶需求，出水溫度由用戶自行設(shè)定。熱水器的額定參數(shù)見表1。在不同實(shí)驗(yàn)條件下，通過采集測試數(shù)據(jù)，計(jì)算熱水器熱效率、總熱負(fù)荷、冷凝換熱器熱負(fù)荷。

2.2　測試平臺

根據(jù)GB 6932－2001《家用燃?xì)饪焖贌崴鳌穼y試平臺的要求，建立測試平臺(見圖1)。各測點(diǎn)測量內(nèi)容及測量儀器見表2。

熱電偶通過數(shù)據(jù)線與數(shù)據(jù)采集儀連接，并將數(shù)據(jù)上傳至計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)顯示測量溫度并記錄在Excel表格中，便于統(tǒng)計(jì)計(jì)算。天然氣流量采用干式流量計(jì)測量，溫度由流量計(jì)內(nèi)置的溫度計(jì)測量，壓力由U型壓力計(jì)測量。根據(jù)電子秤計(jì)量得到的熱水質(zhì)量、秒表計(jì)量得到的實(shí)驗(yàn)時(shí)間，計(jì)算熱水質(zhì)量流量。調(diào)壓器保證熱水器在天然氣額定壓力(2kPa)下運(yùn)行。采用進(jìn)水壓力表征熱水流量，進(jìn)水壓力由冷水進(jìn)口壓力調(diào)節(jié)閥進(jìn)行調(diào)節(jié)，設(shè)定范圍為0.05～0.25MPa。

2.3　測試方法

實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)采集均在燃?xì)鉄崴鞣€(wěn)態(tài)工況下進(jìn)行，每種實(shí)驗(yàn)工況重復(fù)3次，實(shí)驗(yàn)結(jié)果取平均值。將進(jìn)水壓力(表征熱水流量)、熱水設(shè)定溫度作為控制變量，進(jìn)水壓力的調(diào)節(jié)范圍為0.05～0.25MPa，步長為0.05MPa。熱水設(shè)定溫度調(diào)節(jié)范圍為36～48℃，步長為2℃。在每種進(jìn)水壓力條件下，調(diào)節(jié)出水溫度，并采集實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。

3　實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析

3.1　熱效率與總熱負(fù)荷

熱水器熱效率卵的計(jì)算式為：

h=[qmcp(th-tc)/qQL]·[(3273-tg)/273]·[101.3/(pamb+pg-jps)]

式中h——熱水器熱效率

qm——熱水質(zhì)量流量，kg／min

cp——水的比定壓熱容，MJ／(kg·K)，取4.19×10-3MJ／(kg·K)

th——熱水溫度，℃

tc——冷水溫度，℃

q——實(shí)測天然氣流量，m3／min

QL——天然氣低熱值，MJ／m3，取35.34MJ／m3

tg——天然氣溫度，℃

pamb——大氣壓力，kPa

pg——天然氣進(jìn)氣壓力，kPa

j——天然氣相對濕度

ps——tg條件下的飽和蒸汽壓力，kPa

熱水器總熱負(fù)荷Ft的計(jì)算式為：

Ft=qconQL

式中Ft——熱水器總熱負(fù)荷，MW

qcon——折算燃?xì)饬髁浚?/span>m3／s

不同進(jìn)水壓力下，熱水器熱效率隨總熱負(fù)荷的變化見圖2。由圖2可知，當(dāng)總熱負(fù)荷從6kW到21kW變化時(shí)，熱水器熱效率在97％～l06％區(qū)間均有分布。在相同進(jìn)水壓力條件下，熱水器熱效率隨著熱負(fù)荷的增大，總體上呈下降趨勢。

進(jìn)水壓力為0.15、0.20MPa時(shí)，熱水器熱效率較高，為104％～106％，這成為該熱水器的理想進(jìn)水壓力區(qū)間。在偏離理想進(jìn)水壓力區(qū)間時(shí)，如進(jìn)水壓力為0.25MPa時(shí)，雖然熱水器總熱負(fù)荷較高，但熱效率偏低。出現(xiàn)這種情況的主要原因與燃?xì)馊紵煌耆嘘P(guān)，分析煙氣組成時(shí)發(fā)現(xiàn)，隨著進(jìn)水壓力提高，煙氣中CO含量急劇上升，進(jìn)而導(dǎo)致燃?xì)鉄崴鳠嵝氏陆怠?/span>

3.2　冷凝換熱器熱負(fù)荷

冷凝換熱器熱負(fù)荷垂，的計(jì)算式為：

Fc=qmcpDt

式中Fc——冷凝換熱器熱負(fù)荷，MW

qm——熱水質(zhì)量流量，kg／s

Dt——冷水在冷凝換熱器中的溫升，℃

冷凝換熱器熱負(fù)荷占總熱負(fù)荷比例用b表示。根據(jù)測試結(jié)果，計(jì)算得到不同進(jìn)水壓力下，冷凝換熱器熱負(fù)荷占總熱負(fù)荷比例隨總熱負(fù)荷的變化，見圖3。

由圖3可知，在相同進(jìn)水壓力條件下，隨著總熱負(fù)荷的增加，b基本呈下降趨勢。b較高區(qū)域位于總熱負(fù)荷12～18kW區(qū)間內(nèi)，且進(jìn)水壓力較高的工況，此時(shí)b為10.5％～12.5％。進(jìn)水壓力較低時(shí)，屆較低。進(jìn)水壓力較高時(shí)，口較高，但當(dāng)進(jìn)水壓力偏離理想進(jìn)水壓力區(qū)間時(shí)(進(jìn)水壓力為0.25MPa)，口整體下降明顯。

出現(xiàn)以上情況的主要原因?yàn)椋?/span>①在理想進(jìn)水壓力區(qū)間內(nèi)，增大進(jìn)水壓力，有助于強(qiáng)化冷凝換熱。②當(dāng)偏離理想進(jìn)水壓力區(qū)間，特別是進(jìn)水壓力較高時(shí)，熱水器過?？諝庀禂?shù)增大，進(jìn)而引起煙氣中水蒸氣露點(diǎn)下降。加之，總熱負(fù)荷的增大以及熱效率的下降，使得煙氣溫度提高。這兩方面因素，惡化了進(jìn)水壓力較高情況下的冷凝換熱工況。

由實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知，在理想進(jìn)水壓力區(qū)間，熱水器的熱效率及口均較高。

4　結(jié)論

進(jìn)水壓力對冷凝式熱水器(數(shù)控智能恒溫式)的熱效率、總熱負(fù)荷、冷凝換熱器熱負(fù)荷的影響較大。在理想進(jìn)水壓力區(qū)間(0.15～0.20MPa)內(nèi)，熱水器的性能較好。當(dāng)冷凝換熱器熱負(fù)荷占總熱負(fù)荷的比例在10.5％～12.5％時(shí)，熱水器熱效率可達(dá)到104％～106％。

參考文獻(xiàn)：

[1]譚順民，鄭利平，羅賢成．冷凝式燃?xì)鉄崴鞯墓?jié)能分析[J]．煤氣與熱力，2003，23(5)：287-289．

本文作者：劉明天  彭世尼  蔣星池

作者單位：重慶大學(xué)城市建設(shè)與環(huán)境工程學(xué)院