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「供暖系统漫谈」壁挂炉为什么会频繁启停(上)

日期:2019-12-05   来源:博容



 
导读:如今,很多做采暖系统的朋友都清楚,要想提高壁挂炉效率,就需要避免壁挂炉的频繁启停。那么,壁挂炉在什么情况下会出现频繁启停的情况呢?与此同时,有朋友问我,是不是末端负荷越小启停次数越多呢?在设计系统的时候如何能够高效地解决这个问题?本期供暖系统漫谈就来探讨这些问题。
 
1、壁挂炉为何会出现启停问题
 
壁挂炉作为热源,其功能是给末端散热装置提供热量,这些热量通过传输管道输送给末端,然后通过末端散热装置发散到房间里。房间的恒温状态就是使末端发散到房间的热量与房间发散到室外的热量形成平衡,此时维持房间温度不变。在整个采暖系统运行过程中就是壁挂炉源源不断地提供热量,末端源源不断地将热量发散到室内,这就构成一个完整的采暖系统(理想状态下的采暖系统应该是这样的)。
 
 
在上面这个假设中,壁挂炉产生的热量与末端发散的热量是平衡的。否则,如果壁挂炉产生的热量不能满足末端发散热量,末端温度将降低,从而导致房间温度降低;如果壁挂炉产生的热量大于末端需要的热量,则多余的热量会让室温和循环水温度越来越高,直到壁挂炉因高温停炉。
 
值得注意的是,壁挂炉的功率与型号有判定标准,而末端的用热量却是不确定的。同一个型号的壁挂炉可能用在不同大小、不同类型的末端中,外加实际使用中可能存在全开也可能存在只开启一部分房间的情况,甚至即使同一个房间在不同的天气情况下需要的热量都不一样,末端散热装置的散热量也是变动的,这就会出现热源和末端之间不匹配的问题。
 
为了能够与不同末端实现用热匹配,现在壁挂炉的输出功率都有一定的调节范围。比如直接用燃气比例阀调节的常规炉,一般可调功率范围在40%~100%,若加上分段燃烧技术,可调功率能提高到20%~100%。对于输出功率为24kW壁挂炉来说,前者最小功率将近9.6kW,后者将近4.8kW。当然,目前对于常规炉来说,绝大多数都是前者或者稍小一些,除非冷凝炉,很少有能做到20%~100%可调范围的。
 

 
通常我们会给壁挂炉设定一个出水温度,壁挂炉燃烧器产生的热量通过换热器将热量传递给采暖循环水,也就是将回水温度的采暖循环水加热升高到设定温度。如果末端散热量小回水温度升高,导致出水温度升高,壁挂炉控制系统就通过燃气比例阀减少燃气量,从而降低加热功率,将出水温度维持在设定值。
 
采暖系统刚开始启动的时候,回水温度通常很低,这时候壁挂炉即便全功率运行出水温度也不会超温,所以第一个阶段通常壁挂炉是全功率运行的。随着采暖的持续运行回水温度会逐渐升高,这时需要的加热功率逐渐降低,壁挂炉自动调节加热功率,同时末端由于平均水温的升高散热量也在升高,如果末端散热量足够大,至少能够将壁挂炉最小功率提供的热量散发出去,那么这个系统就可以一直维持下去,壁挂炉不会停止工作,也就不存在壁挂炉启停问题了。
 
但是我们通常会给一百多平方米甚至几十平方米的家庭配置一台这样的壁挂炉——除了升温初期,一百平方米的节能建筑实际需要的平均能耗远远达不到壁挂炉最低输出功率,这时候回水温度持续上升,直到出水温度高于设定值后壁挂炉停炉,等到水温降低到一定值后壁挂炉再次启动,反复循环,从而使得壁挂炉处于间断工作状态。
 
从上面可以看出,末端负荷越小,加热时回水温度升高越快,壁挂炉启动时间越短,所以从该层面来讲,负荷越小壁挂炉启停次数越多的说法是正确的。
 
2、容水量对壁挂炉启停次数的影响
 
除壁挂炉最小功率和末端功率不匹配导致壁挂炉启停外,系统容水量是影响壁挂炉启停的重要因素。所谓系统容水量,是指在系统管网及末端水箱等所有水道中存储的采暖水容量,采暖系统在工作中要将这些水都通过壁挂炉进行循环加热。
 

 
当末端散热量低于壁挂炉最低功率时,壁挂炉送出的热量不能被发散掉,将会有一部分通过回水管返回壁挂炉。对于容水量小的系统来说,高温水将很快通过回水管返回壁挂炉,导致壁挂炉很快因超温停炉。但对于容水量大的系统来说,一部分高温水会存于系统中,从而延缓回水温度的上升。
 
同样,当回水温度过高引起出水温度升高以致壁挂炉停炉后,容水量小的系统中因为存水量小,温度很快就降低到壁挂炉启动温度以下,从而导致壁挂炉再次启动,而容水量大的系统由于系统中还有较多的热水,冷却速度要慢一些,将等到整个系统中的热水都冷却后才会重新启动。
 
壁挂炉采暖系统配置的散热器不尽相同,即使配置的散热器散热功率相同,系统工作状态也会不同。如一个散热器为铜铝复合材质的,系统容水量很小,另一个为低碳钢材质的,系统容水量数倍于铜铝复合散热器,两者本身的散热量是一样的,但铜铝复合散热器系统如果没有采取特殊措施降低壁挂炉的启停次数,耗气量可能会高于低碳钢散热器系统。
 
当然,若散热器的散热量一直大于壁挂炉最小加热功率,则壁挂炉在稳定工作时热量能实现平衡,壁挂炉不会停机,这种情况下两者工况是一样的。
 
在这里需要强调一下:散热器本身并不存在效率高低的问题!任何散热器的散热效率都是100%,但不同的散热器于系统中使用时会导致系统效率的不同,因此散热器本身不存在高低效率之分,但散热器系统有高效和低效之分。从这个方面来说,我更建议壁挂炉在选择所带散热器时,选用容水量大的低碳钢之类产品。因为在一般应用中,用户家实际负荷都是小于壁挂炉最小功率的,采用低碳钢散热器,容水量远远大于钢制板式散热器,壁挂炉启停次数也远远少于采用钢制板式散热器的系统。
 

 
我的观点好像和大家平常认同的观点不同:比如现在南方普遍使用钢制板式散热器做壁挂炉采暖,欧洲也是以钢制板式为主流,我们给客户说的卖点是钢制板式水容量小、热得快、效率高、用起来更省气,实际情况可能正好相反。
 
特殊情况下,散热量小的末端如果蓄热量大,同样可以使启停次数更少。比如当系统整体容水量小,但热源和末端不匹配,或者末端是大范围变负荷变流的状态,可以在系统中增加一个蓄能水箱来提高容水量,末端负荷越小启停反而次数越少,从而提高系统的效率。就系统蓄热能力、系统循环量过小、系统失衡等对壁挂炉启停的影响,下期继续为大家讲解。
 
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