浅谈燃气壁挂炉与地暖采暖的结合使用

  随着清洁能源――天然气的普及发展,应用燃气采暖热水炉(俗称燃气壁挂炉)为地暖供热的独立热源供暖方式愈来愈多。但是,在使用中也存在很多问题。
  从使用角度,有人说燃气壁挂炉与地暖直接结合使用是“绝配”,没有任何问题。燃气壁挂炉与地暖结合使用非常节能,在严寒地区整个冬季(6个月)每平方米耗气仅为7m3~8m3(每平方米供暖费10元左右)。也有人说燃气壁挂炉不能直接与地暖连接使用,因为燃气壁挂炉与地暖结合使用耗能极高,在新疆地区整个冬季(6个月)每平方米耗气达30多m3(每平方米40多元左右)。
  从技术角度,有人说燃气壁挂炉不能和地暖结合使用,因为地暖水温较低,会使燃气壁挂炉内产生冷凝水,腐蚀换热器,使壁挂炉很快损坏,一台24kW的燃气壁挂炉只能负荷约200m2以下的建筑;还有人说经测试壁挂炉换热器温度较高,不会形成冷凝水,因此,不会发生换热器被腐蚀的情况,一台24kW燃气壁挂炉能负载约400m2的建筑。
  到底哪种说法正确呢?博登地暖从相对专业的角度为您梳理一番。?
  一、在回答这些问题之前,我们首先来了解燃气壁挂炉的构成、工况、技术指标以及地暖的工况及技术指标。
  燃气壁挂炉不同于普通的燃气锅炉,它是由供气机构、燃烧机构、换热机构、进排气机构、循环机构、控制及安全机构等构成的一个完整的、高智能高效率的热源系统,而不仅仅是一台单一的锅炉。它的工况是:供水温度85℃(40℃~85℃可调),回水温度65℃(可调),输出流量符合G=(0.86?Q)/20规律,是一个大温差小流量系统。
  地暖的工况为:供水温度60℃以下,供回水温差10℃,是一个小温差大流量系统,系统流量除符合G=(0.86?Q)/10外,每个环路的最小流量还应满足q=3600×2.5×3.14?r2要求。这是因为在GB50019《采暖通风与空气调节设计规范》4.4.8条中规定:热水管道无坡度敷设时,管内的热媒(热水)流速不得小于0.25m/s。JGJ142-2012《辐射供暖供冷技术规程》3.5.11条中也规定:加热供冷管和输配管中媒介流速不宜小于0.25m/s,因此,每个回路的最小流量就为g=3600×2.5×3.14?r2。这一条的确定是根据流体力学中的雷诺试验原理:不同的两种媒介在一水平空间流动,当流速低于一定值时(雷诺系数小于2320即层流状态),两种媒介不会混合,而流速高于该一定值时(雷诺系数大于2320即紊流状态),两种媒介就会混合在一起。我们知道,在热水供暖管道中,由于水流在系统的不同管段的流动状态不同且状态极其复杂,同时,供回水间有较大温差,使管道中除了有水以外,还会产生和夹带很多空气,为使水流能将夹带在其中的空气带走送到相应的排气装置处排除,而不至于在管道中积聚形成“气塞”,就必须使管道中的水流流态处于紊流状态。
  从上述分析看出来,由于燃气壁挂炉是一个大温差小流量系统,而地暖是一个小温差大流量系统,所以在通常情况下,在燃气壁挂炉输出功率与地暖末端热负荷相匹配的情况下,即使壁挂炉的供水温度可以调节到符合地暖的要求,壁挂炉的输出流量只能满足地暖末端所需流量的一半。可见,燃气壁挂炉与地暖的工况是不相匹配的。我们不能说“一台某某功率的壁挂炉能够满足多大面积的房间的地暖的使用要求”,就说“燃气壁挂炉与地暖的工况是相匹配的”。如果一个建筑的热指标为60W/m2,一台24kW的燃气壁挂炉本应可以负载约400m2的房间的供暖,但应用于地暖时只能负载约200m2的房间供暖,准确的说还要参考地暖的环路结构确定其负载的房间供暖面积。以20×2.0的加热管构成的地暖为例,每个环路的最小流量为:g=3600×2.5×3.14×0.0082=0.18m3/h,而24kW燃气壁挂炉的输出流量为G=(0.86×24)/20=1.032m3/h,所以,该壁挂炉所能负载的地暖最多环路数为:L=1.032/0.18=5.73约为6个环路,因此准确的说,该台壁挂炉所负载的供暖房间的面积为该地暖6个环路所覆盖的面积(根据地暖技术规程和设计、施工惯例,此时,地暖的一个回路大约覆盖的面积约为30m2)。并且,在这种情况下,24kW的壁挂炉其输出功率也只有约一半。
  燃气壁挂炉与地暖结合使用要真正发挥高效率,必须在壁挂炉和地暖之间增加换热装置。经大量的工程实例证明,在严寒地区对于节能指标65%的节能建筑,一台24kW的燃气壁挂炉,加装了合适的换热装置后,负载一栋300m2~400m2的独栋别墅的供暖可以运行得非常好,而且非常节能。
  所以,我们不能简单地回答一台壁挂炉能够“带”多大的供暖面积,而应该通过热负荷和流量的计算来确定所负载的供暖面积。
  二、关于燃气壁挂炉的控制方式问题
  燃气壁挂炉的启动和停止是由其内部电脑系统自动控制的,锅炉进行供暖工作时,会先以最小功率运行1min左右,1min后,锅炉开始增大阀后气压,提高功率,采暖回水温升速度:4℃/min,如果温升速度不能达到此要求,锅炉会每间隔30s检测供暖水温,并将输出功率提高1kW。温度达到设定温度+5℃后,锅炉熄火,并且30s后风机、循环泵停止。锅炉通过供暖回水温度传感器连续检测供暖回水温度,当回水温度降低到电脑中设定的数值时(见表),锅炉自动启动。壁挂炉的点火间隔并不是一个固定值,这个时间主要取决于供暖系统的冷却速度。
  可见,锅炉的启动与停止仅与锅炉内回水温度有关,而与采暖房间的空气温度并无直接关系,照此方式运行可能会产生两个后果,一是不舒适,二是能耗很高。根据新疆地区运行的实际记录,一个冬季下来,对于节能指标达65%的建筑,每平方米耗气量约为30m3~40m3(40元~50元),能耗是非常高的。几乎所有的燃气壁挂炉都提供了室内空气温度控制器接口,通过室内空气设定温度来控制壁挂炉的启动和停止,由于地暖地面结构中有很厚的一层混凝土和地面材料构成的辐射板(填充层和地面面层),它在运行过程中可以积蓄大量的热能,当室内温度达到比设定温度高1℃时,锅炉停止,其中积蓄的热能继续放热并可以维持很长时间,直到室内空气温度降到比设定温度低1℃,锅炉则会启动。根据新疆地区运行的实际记录,一个冬季下来,对于节能指标达65%的建筑,每平方米耗气量约为6m3~8m3(8元~12元),供暖费用仅为集中供暖的一半,是非常节能的。
  三、燃气壁挂炉的并联使用
  季节的变化是一个循序渐进的过程,在整个供暖季节中,真正达到计算耗能指标的时间不到整个供暖季节的1/3。下图显示了乌鲁木齐地区冬季室外温度的变化规律,从中可见,在整个冬季,-5℃以上的温度占了3个月,-10℃以上的温度占了一个月,-15℃的温度占了一个月,-20℃以下的温度只有一个月的时间。对较大的独立热源系统来说(如1000m2左右的建筑),按照热负荷计算来说,要装一台较大功率的燃气锅炉(大约80kW~100kW)。这样,在天气不是很冷的时候也要启动这样一个大锅炉,一是能耗较大,二是这样一台大燃气壁挂炉造价不菲。对于这样的系统,可以用多台较小的燃气壁挂炉并联来取代使用一台大的燃气壁挂炉,由控制系统根据室外温度的变化和人对室内温度的要求,来自动控制这多台壁挂炉的工作状态,决定什么时候多少台壁挂炉启动,这样既可以大大降低能耗,简化系统结构,又减少了一次性投资,是一个不错的方案。关于系统的控制方法可简可繁,取决于我们对系统的理解和用户的要求。

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