低噪声强排式燃气热水器的研究_技术研究

摘要

摘　要：介绍我国燃气热水器的发展历程及燃气热水器的噪声来源，探讨低噪声强排式燃气热水器的创新设计(改变风机的电机形式、改变风机安装及散热方式、优化控制程序)，将低噪声强

摘　要：介绍我国燃气热水器的发展历程及燃气热水器的噪声来源，探讨低噪声强排式燃气热水器的创新设计(改变风机的电机形式、改变风机安装及散热方式、优化控制程序)，将低噪声强排式燃气热水器与传统强排式燃气热水器进行噪声对比。低噪声强排式燃气热水器噪声比市场土的传统强排式燃气热水器主流机型低4～10dB以上，且烟道堵塞保护功能更智能、更可靠。

关键词：燃气热水器；低噪声；强排式；耐高温风机；直流无刷电机；烟道堵塞保护

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　我国燃气热水器的发展历程

燃气热水器使用方便、热效率高，深受人们喜爱。我国燃气热水器从20世纪60年代开始生产，至今已走过50多年的发展历程^[1]。20世纪90年代以前，基本都是小出水量、废气直接排在室内的直排式热水器^[2]；90年代中期，较大出水量的烟道式燃气热水器面世^[3-4]，可将废气通过烟道排放至室外，安全性得到了提高；90年代末期，安全性高、安装相对简便的强排式燃气热水器开始推广使用。由于强排式燃气热水器使用了排风机，采用了强化燃烧技术，使用时不可避免地发出噪声。CB 6932—2001《家用燃气快速热水器》规定，整机噪声在65dB以下(含65dB)为合格产品。在满足其他指标的前提下，产品噪声越低，越具有市场竞争力。因此，降低噪声是燃气热水器改进的一个重要方向。

2　燃气热水器的噪声来源

①燃烧噪声

燃烧噪声是火焰波动引起局部区域流速和压力变化产生的。燃烧噪声与燃烧器的火孔热强度、一次空气系数有关，火孔热强度越大或一次空气系数越大，则噪声越大。目前燃气热水器生产厂家主要是通过降低火孔热强度来降低燃气热水器噪声，即增加火排数目，但是成本也随之增加。

②风机噪声

风机运转时产生的噪声主要是周期性的排气噪声和涡流噪声。排气噪声是叶轮在一定压力下运转时，周期性地挤压气体并撞击气体分子，导致叶轮周围气体产生速度和压力脉冲，并以声波的形式向叶轮辐射而产生的。涡流噪声是叶轮高速旋转时，在其表面形成大量的气体涡流，这些气体涡流在叶轮界面上分离时产生的。风机转速越高，噪声越大。

③其他噪声

其他噪声包括气流噪声、水流噪声等。

3　低噪声强排式燃气热水器的创新设计

④改变风机的电机形式

传统强排式燃气热水器(以下简称传统热水器)的内部结构见图1，低噪声强排式燃气热水器(以下简称低噪声热水器)的内部结构见图2。与传统热水器相比，低噪声热水器的风机采用直流无刷电机，可以实现无级变速。调速方式为PWM(电源脉冲宽度调节控制方法)低噪声调速，弥补了以往交流电机档位调速产生低频噪声的不足。由于采用直流无刷电机，主控制板可以接收风机的反馈电流信号，以此判断烟道是否堵塞，解决了运行监控问题。因此相比传统热水器，低噪声热水器省去了风压开关。

②改变风机的安装、散热方式

为了降低噪声，对风机的安装、散热方式等进行了创新设计。为了减小系统阻力，风机突破传统的竖置安装，创新性地采用了横置安装。通过整机实验，在相同的燃烧工况下，横置风机比竖置风机转速低300～400r／min。高温烟气作为工作介质，对于直流风机来说是一个很大的挑战。通过不断地创新研究，设计出一款耐高温风机，是在蜗壳和电机之间增加散热风扇和隔热板，电机中的控制板安装在远离蜗壳侧。

③优化控制程序

a．为了减少传火时发出的噪声，点火时，程序会根据当前负荷选择l段或3段点火，减少传火。

b．每段的最大负荷点是噪声的峰值点，为了尽量降低此处的噪声，程序上采取了两个措施：在满足烟气排放的前提下降低风机转速；在满足段间重合区的前提下，优先在下一分段下工作。

c．为了在烟道堵塞时确保热水器的安全性，程序上采取了四重保护措施：前清扫烟道堵塞检测；具有运行过程中的抗风压功能；后清扫烟道堵塞检测；快速响应停机，即当检测到风机电流突然小于某临界值时(出现火焰外溢、黄焰等不良燃烧状态)，直接关闭燃气阀门，热水器停止运行。通过检测可知，低噪声热水器(采取四重保护措施)的烟道堵塞保护功能比传统热水器(采用风压开关)更智能、更可靠。

4　与传统热水器的噪声对比

选取市场上主流容量(11L／min、13L／min、16L／min)的强排式燃气热水器主流机型与低噪声热水器进行噪声对比测试，测试结果见图3～5。