摘　要：将某型号冷凝式燃气热水器作为实验对象，在不同冷水进水压力条件下设定出水温度，进行热水器热效率、总热负荷、冷凝换热器热负荷实测计算。对热水器性能影响因素及冷凝换热器热负荷占总热负荷的比例进行计算分析。

关键词：冷凝式燃气热水器；  冷凝换热器；  热负荷

Research on Heat Load Measurement of Condensing Heat Exchanger for Condensing Gas Water Heater

Abstract：Taking a certain type of condensing gas water heater for experimental subject，the outlet water temperature is set at different cold water inlet pressures to measure and calculate the thermal efficiency and total heat load of the water heater and the heat load of condensing heat exchanger．The factors influencing the water heater performance and the proportion of condensing heat exchanger heat load in the total heat load are calculated and analyzed．

Keywords：condensing gas water heater；condensing heat exchanger；heat load

1　概述

GB 20665－2006《家用燃气快速热水器和燃气采暖热水炉能效限定值及能效等级》已于2007年7月1日正式实施，明确提出了燃气热水器能效等级指标：一级能效的燃气热水器热效率应不低于96％。但目前市场上普通燃气热水器的热效率仅为80％～85％，要达到一级能效，需采取必要的技术措施，冷凝式燃气热水器就是其中之一。冷凝式燃气热水器增加了一个冷凝换热器，使排烟温度更低，既能利用烟气的显热，又能吸收烟气中一部分水蒸气的气化潜热，热效率有望达到96％以上[1]。

本文采用实验方法，对冷凝式热水器热效率、总热负荷、冷凝换热器热负荷进行实测计算，进而分析热水器性能影响因素及计算冷凝换热器热负荷占总热负荷的比例。

2　实验方案

2.1　实验对象及目的

实验对象为某型号冷凝式燃气热水器，为数控智能恒温式热水器，控制器根据进出水温差、流量的变化自动快速调节燃气比例阀，进而调节热负荷，使实际出水温度与用户设定温度快速保持一致。热水器内部水系统不设置电子控制阀门，热水流量的控制在于用户需求，出水温度由用户自行设定。热水器的额定参数见表1。在不同实验条件下，通过采集测试数据，计算热水器热效率、总热负荷、冷凝换热器热负荷。

2.2　测试平台

根据GB 6932－2001《家用燃气快速热水器》对测试平台的要求，建立测试平台(见图1)。各测点测量内容及测量仪器见表2。

热电偶通过数据线与数据采集仪连接，并将数据上传至计算机，计算机实时显示测量温度并记录在Excel表格中，便于统计计算。天然气流量采用干式流量计测量，温度由流量计内置的温度计测量，压力由U型压力计测量。根据电子秤计量得到的热水质量、秒表计量得到的实验时间，计算热水质量流量。调压器保证热水器在天然气额定压力(2kPa)下运行。采用进水压力表征热水流量，进水压力由冷水进口压力调节阀进行调节，设定范围为0.05～0.25MPa。

2.3　测试方法

实验数据采集均在燃气热水器稳态工况下进行，每种实验工况重复3次，实验结果取平均值。将进水压力(表征热水流量)、热水设定温度作为控制变量，进水压力的调节范围为0.05～0.25MPa，步长为0.05MPa。热水设定温度调节范围为36～48℃，步长为2℃。在每种进水压力条件下，调节出水温度，并采集实验数据。

3　实验结果及分析

3.1　热效率与总热负荷

热水器热效率卵的计算式为：

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

式中h——热水器热效率

qm——热水质量流量，kg／min

cp——水的比定压热容，MJ／(kg·K)，取4.19×10-3MJ／(kg·K)

th——热水温度，℃

tc——冷水温度，℃

q——实测天然气流量，m3／min

QL——天然气低热值，MJ／m3，取35.34MJ／m3

tg——天然气温度，℃

pamb——大气压力，kPa

pg——天然气进气压力，kPa

j——天然气相对湿度

ps——tg条件下的饱和蒸汽压力，kPa

热水器总热负荷Ft的计算式为：

Ft=qconQL

式中Ft——热水器总热负荷，MW

qcon——折算燃气流量，m3／s

不同进水压力下，热水器热效率随总热负荷的变化见图2。由图2可知，当总热负荷从6kW到21kW变化时，热水器热效率在97％～l06％区间均有分布。在相同进水压力条件下，热水器热效率随着热负荷的增大，总体上呈下降趋势。

进水压力为0.15、0.20MPa时，热水器热效率较高，为104％～106％，这成为该热水器的理想进水压力区间。在偏离理想进水压力区间时，如进水压力为0.25MPa时，虽然热水器总热负荷较高，但热效率偏低。出现这种情况的主要原因与燃气燃烧不完全有关，分析烟气组成时发现，随着进水压力提高，烟气中CO含量急剧上升，进而导致燃气热水器热效率下降。

3.2　冷凝换热器热负荷

冷凝换热器热负荷垂，的计算式为：

Fc=qmcpDt

式中Fc——冷凝换热器热负荷，MW

qm——热水质量流量，kg／s

Dt——冷水在冷凝换热器中的温升，℃

冷凝换热器热负荷占总热负荷比例用b表示。根据测试结果，计算得到不同进水压力下，冷凝换热器热负荷占总热负荷比例随总热负荷的变化，见图3。

由图3可知，在相同进水压力条件下，随着总热负荷的增加，b基本呈下降趋势。b较高区域位于总热负荷12～18kW区间内，且进水压力较高的工况，此时b为10.5％～12.5％。进水压力较低时，届较低。进水压力较高时，口较高，但当进水压力偏离理想进水压力区间时(进水压力为0.25MPa)，口整体下降明显。

出现以上情况的主要原因为：①在理想进水压力区间内，增大进水压力，有助于强化冷凝换热。②当偏离理想进水压力区间，特别是进水压力较高时，热水器过剩空气系数增大，进而引起烟气中水蒸气露点下降。加之，总热负荷的增大以及热效率的下降，使得烟气温度提高。这两方面因素，恶化了进水压力较高情况下的冷凝换热工况。

由实验结果可知，在理想进水压力区间，热水器的热效率及口均较高。

4　结论

进水压力对冷凝式热水器(数控智能恒温式)的热效率、总热负荷、冷凝换热器热负荷的影响较大。在理想进水压力区间(0.15～0.20MPa)内，热水器的性能较好。当冷凝换热器热负荷占总热负荷的比例在10.5％～12.5％时，热水器热效率可达到104％～106％。

参考文献：

[1]谭顺民，郑利平，罗贤成．冷凝式燃气热水器的节能分析[J]．煤气与热力，2003，23(5)：287-289．

本文作者：刘明天  彭世尼  蒋星池

作者单位：重庆大学城市建设与环境工程学院