陈煜;张辉
【摘 要】冷凝式燃气壁挂炉因其特殊的内部结构,使其较普通型燃气壁挂炉可提高热效率10％以上,并节省10％的燃料费用,减少10％的氮氧化物和碳氧化物的排放,同时达到节能和环保的目的.通过分析冷凝炉的供热和燃烧特点、低温地板辐射采暖系统的特点,说明冷凝炉和地板采暖的结合是较为节能的一种采暖方式.将太阳能作为地板采暖的热源,形成“太阳能集热系统+地板采暖+辅助热源”的形式,是目前可以实现的最佳太阳能采暖方式之一. 【期刊名称】《上海工程技术大学学报》
【年(卷),期】2013(027)004
【总页数】4页(P289-292)
【关键词】冷凝式燃气壁挂炉;太阳能;低温地板辐射采暖系统;辅助热源
【作 者】陈煜;张辉
【作者单位】上海工程技术大学机械工程学院,上海201620;上海凡圣暖通设备安装工程有限公司,上海201100
【正文语种】中 文
【中图分类】TK5
壁挂式燃气采暖炉（壁挂炉），是一种以煤气或天然气为能源，既能用于集中供暖又可用于提供生活热水的家用设备.壁挂炉的供暖功率在18～36 kW范围内有多种型号可供选择，供水温度可在30～85℃范围内实现自由调节，既可作为散热器采暖采用的高温热源，也可作为低温地面辐射采暖系统需要的低温热源［1］.壁挂炉产品虽然历史悠久，但从20世纪90年代才开始在我国推广使用，目前已经成为我国分户式采暖的主要设备.我国南方地区没有设置集中供热，因此采用壁挂炉作为采暖热源的比例较高，即使在北京这种北方典型的集中供热城市，目前采用壁挂炉作为热源的住宅型采暖比例也已经达到55%，在新建住宅中高达67%［2］.
随着我国多项大型天然气工程项目的建设及各大城市对环境保护提出的更高要求，壁挂炉
在推广使用的同时，也在不断考虑其使用的成本问题和烟气的排放问题.因为分户式壁挂炉的燃烧烟气仍然是分户独立排放，在居住密度较大的住宅小区，冬季大面积集中使用，容易导致在部分空气流通不通畅区域的二氧化碳及氮氧化物严重超标［3］.因此，降低燃气的耗量和有害烟气的排放是目前家用壁挂炉的研发方向.
单兵作战系统冷凝式壁挂炉与普通燃气壁挂炉在换热器、燃烧器、调节方式等方面具有较大的差异.冷凝炉通过回收烟气中的水蒸气潜热来提高锅炉效率，其整体热效率可提高106%～111%.同时，在使用过程中至少可以节省10% 的燃料费用和减少10% 的氮氧化物和碳氧化物的排放，达到节能和环保的双重目的，因此在欧盟国家得到了大力的推广.由此可见，冷凝式壁挂炉也是采暖炉行业未来的发展方向之一.
1 冷凝式壁挂炉的结构特点
冷凝式壁挂炉分为双换热器冷凝式和全预混冷凝式两种.双换热器冷凝是在普通锅炉内部结构的基础上进行改进的，增加了一个二次冷凝换热器，其结构和成本相对简单和低廉，热效率可增加6%～10%，又被称为经济型冷凝壁挂炉，如图1所示［4］.
与经济型冷凝式壁挂炉不同，在欧洲普遍采用的设计是从上往下的倒置式全预混燃烧、显热换热和冷凝换热一体式的主换热器结构.根据其主换热器结构的不同，可以将冷凝炉分为两大类，一类是采用铸硅铝换热器的冷凝炉，另一类是采用不锈钢换热器的冷凝炉［5］.目前，采用先进技术的冷凝炉还包括：全预混式燃气燃烧器，其燃烧方式为全预混的比例调节；抗腐蚀一体式冷凝换热器，其采用不锈钢与硅铝合金防腐蚀材料制造，防止烟气中冷凝水的腐蚀［5］.
图1 经济型冷凝壁挂炉Fig.1 Economic wall－hung gas condensing boiler
2 全预混燃烧与低污染物排放
楼梯组合燃气全预混燃烧是指燃气在燃烧前与足够的空气进行混合，在燃烧的过程中不再需要供给空气的燃烧方式.全预混燃烧方式可以有效降低NOx和CO的排放.根据NOx生成的机理不同，矿物燃料燃烧生成的NOx分为3类，即燃料型NOx、快速型NOx和热力型NOx.全预混燃烧方式不产生燃料型NOx和快速型NOx，且有效地降低了热力型NOx.同时，由于全预混燃烧在燃烧前燃气与过剩空气均匀混合，保证了CO的充分氧化.因此，冷凝炉合理的燃烧器设计可以在降低NOx排放的同时，保持低水平的CO排放［5］.
si693 冷凝式壁挂炉的应用现状
3.1 冷凝式壁挂炉与低温地板辐射采暖系统相结合
“低温热水地板辐射采暖”简称“地板采暖”，是一种以辐射换热和自然对流换热相结合实现室内采暖的方式［6］，也是目前普遍认为的最为舒适与较节能的采暖系统.作为系统热源的冷凝式壁挂炉将40～50℃的采暖热水通过分集水器，分布于敷设于地面下的采暖盘管中，通过加热地面而达到采暖效果.具有地板采暖的房间，由地面向上温度逐渐上升，室内温度梯度合理，热量集中在人体受益的高度内，有效地利用了供热热量［7］.然而，在地板采暖被推广使用之前，散热器采暖是更为普遍的一种采暖方式，散热器采暖属于高温对流散热，房间屋顶温度较高，而人体高度处的温度却较低，人体热舒适性差，为了使人感到相同的舒适度，普通散热器的室内设计温度需要比地板采暖的室内设计温度高出2℃左右.因此，在保持相同的采暖要求下，使用地板采暖系统的运行费用通常可以比普通散热器采暖系统降低12%左右［7］.
综上所述，冷凝炉要比普通壁挂炉的热效率高出15%～20%，而地板采暖相对于普通散热器采暖的效率要高出12%左右.将冷凝炉和地暖两者相结合，相比于非冷凝式燃气壁挂炉和
普通散热器的结合效率要高出30%左右.因此，冷凝炉和地板采暖的结合无疑为两者的优势结合，是较为节能的一种采暖方式［7］.
3.2 冷凝炉作为补充热源的太阳能地板辐射采暖系统
对民用建筑而言，低温地板辐射采暖系统最佳供水温度为35～50℃，供回水温差不大于10℃.经常停留区地面最适宜的热舒适度为24～26℃，最高不超过28℃.当供回水平均温度为40℃时，既可保证房间最佳的热舒适度，又达到采暖要求.从热舒适度考虑，最佳供回水温度为45℃／35℃［8］.太阳辐射的集热温度很难达到很高的水平，一般30～50℃是其集热效率最高的时候，这就使太阳能集热器作为低温地板辐射采暖的热源成为可能［9］.由此可见，地板采暖系统除供水温度较低之外，其地面层具有一定的蓄热保温作用，非常符合太阳能集热系统的工作原理，所以太阳能集热系统＋地板采暖＋辅助热源是最佳太阳能采暖的方式之一［10］.通常情况下，必要的辅助热源可以安装在系统的3个位置，如图2所示［11］.
图2 太阳能低温地板辐射采暖系统原理图Fig.2 Principle diagram of solar low－temperature floor radiant heating system
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由图可见，位置1为辅助热源布置在储热水箱箱体中，一旦辅助热源启动，就需要加热水箱内全部的水；位置2为将供暖回路与储热水箱装置隔开，该系统可以像常规的供暖系统一样运行，即直接将采暖房间的回水利用辅助热源加热到供水温度，然后再送入房间，此时系统中的太阳能仅用于生活热水，不承担任何采暖负荷；位置3处的安装位置最为有利，能够使太阳能集热系统与辅助热源联合运行，当储热水箱内水温不理想，但仍高于回水温度时，可以将太阳能集热系统作为预热器使用，此时系统中的太阳能用于加热生活热水并承担部分采暖负荷，可以尽可能地增加太阳能的利用率，减少了辅助热源的加热量.
4 结 语
冷凝式壁挂炉特殊的内部结构使其作为采暖热源而言，同时达到了节能和环保的目的.但是热效率提高与否和提高的幅度直接与采暖末端要求的热源水温度相关.因此，从热舒适度考虑，最佳供回水温度为45℃／35℃，即当供回水平均温度为40℃时，既能保证房间最佳的热舒适度条件，又能达到采暖要求.
地板采暖要求的热源水温度使太阳能集热器作为低温地板辐射采暖的热源成为可能，并将冷凝炉作为辅助热源，在太阳能无法保证正常的出水温度的时候开启使用.由此可见，地板
采暖系统除供水温度较低之外，其地面层具有一定的蓄热保温作用，非常符合太阳能集热系统的工作原理，所以太阳能集热系统＋地板采暖＋辅助热源为最佳太阳能采暖的方式之一.
参考文献：
［1］夏燚，吴世凤，陈松.冷凝式壁挂炉在地面辐射供暖中的应用及其节能环保性分析［J］.制冷空调与电力机械，2010，31（136）：45－48.
［2］Yang T，Na W，Li D Y.A cost analysis of wallhung mounted gas boiler using in residential buildings of Beijing ［J］.Advanced Materials Research，2012，446－449：2914－2919.
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