试论冷凝式燃气热水器的冷凝器性能

杨绳聪

摘要：对热水器的冷凝段热负荷、水的温升特征以及排烟特征予以检测，探明冷凝器的冷凝率及冷凝器效率，进一步分析这两个参数的变化特征，从而确定冷凝式燃气热水器的冷凝器性能。

关键词：冷凝式；热水器；冷凝器

引言

冷凝式燃气热水器通过烟气水蒸气的潜热和排烟余热作用，极大的提高了熱效率，与传统热水器相比增加15%作用。目前，家用燃气热水器的市场开始向冷凝式的新型节能供热方向发展。

1、理论分析

1.1冷凝换热方法

冷凝换热器主要为间接式换热的改进方法，分别设置两个独立热交换器，所以，整个的热水器加热水过程也有效分为两段，即低温段复合换热及高温段复合换热。

主换热器流入燃烧室内烟气后，其排出的烟气温度较高，该过程不存在冷凝作用，冷凝器将会对主换热器排出的气体进行再利用，通过10℃-25℃进口冷水的作用下，将烟气中水蒸气的烟气显热和部分潜热予以吸收，最后将低温烟气排放到大气环境中，温度仅仅在30℃-50℃范围内。

在这种换热形式中，与普通间接换热对比而言，制造难度更高，结构更加复杂，区分高低温段之后，其相应的金属材质防腐工作也显得至关重要，需要进行针对性处理。该形式冷凝式燃气热水器在目前已经得到了广泛生产应用，是本文研究的基础所在。

1.2冷凝器性能

（1）冷凝率β

冷凝率主要是根据冷凝器中搜集的烟气水蒸气和冷凝水量之间的关系比例确定，表达冷凝器的水蒸气凝结作用力。

2、试验分析

本试验中的冷凝式燃气热水器水产率预设为12L/min，结合GB6932-2015家用燃气快速热水器标准予以试验。进口水压间隔0.05MPa，变化范围控制在0.05MPa -0.3MPa，通过进口水压，对进口水量予以直接控制，预定水温度变化范围控制在36℃-49℃，通过温度对热负荷予以控制。

2.1冷凝率

（1）冷凝段热负荷与冷凝率

根据图1，烟气水蒸气的冷凝率和热负荷呈现明显的相关性，β随着Q的变化而逐渐提升，水流量越高，则冷凝率越大。冷凝段热负荷从600W逐渐攀升到2100W，冷凝率也逐渐从46%提升到65%。高于1900W的高负荷阶段中，冷凝率渐趋平缓，不再持续上升，控制在60%左右，代表冷凝器工况达到饱和。

（2）热水流量

根据图2，烟气水蒸气冷凝率和水流量也呈现十分明显的相关性，水流量越高，则水蒸气冷凝率也就越高，所以，水流量也是决定冷凝率的关键因素之一。

2.2冷凝器效率

（1）冷凝段热负荷与效率

根据图3，随着实际热负荷的提升，冷凝器的效率也发生了根本性的变化。在小于1300W的中低段热负荷区间，冷凝器的效率保持在较为稳定的状态，在51%-61%；在大于1300W的中高段热负荷区间，冷凝器的效率则剧烈攀升至80%。即，高负荷点和高水流量使得冷凝器效率的工况点较高，低负荷点和低水流量使得冷凝器效率的工况点较低。

（2）冷凝水量与效率

根据图4，冷凝水量和冷凝器的效率并未发生显著的线性关系，但是其分布具有一定的阶段性。冷凝水量处于低于20g/min的小区间时，冷凝器效率较低，绝大部分的冷凝器工况点均处于51%-61%区间；而当冷凝水量处于高于20g/min的区间时，冷凝器效率会受到水流量的作用而不发生区域分布状态。

根据图5，随着冷凝器效率的提高，其总效率也存在有明显的相关性。当冷凝器效率在45%-65%时，总效率保持低速持续上升（97%至103%），而当冷凝器效率高于65%时，总效率将不再上升，较为平稳地处于105%左右。

3、总结

综上所述，通过对冷凝式燃气热水器的冷凝器性能的理论分析和试验分析，可以得到以下结论：

（1）冷凝器烟气水蒸气的冷凝率随着冷凝段热负荷的提升而持续增大，且在同种环境下，水流量越大，则冷凝器的冷凝效率越高，但不会超过65%这个工况上限。

（2）冷凝器效率将会间接影响到总热效率，在一定范围内，即冷凝器效率处于65%-75%時，冷凝式燃气热水器的总热效率达到峰值，该区间是提高冷凝器总效率的最佳工况。

参考文献：

[1]张小艳，赫琳洁.空气源热泵热水器螺旋套管冷凝器换热性能的实验研究[J].环境工程，2015（s1）：824-828.

[2]杨斌.外置冷凝器在燃气热水器上的应用与探讨[J].家用燃气具，2011（7）：42-44.