燃气采暖热水炉冷凝热交换器对比分析

高嘉祺

中国日用五金技术开发中心 国家日用金属制品质量检验检测中心（沈阳）

1 前言

冷凝热交换器是冷凝式燃气采暖热水炉的核心零件。燃气采暖炉是一种以燃烧气体为能源的制热设备，主要是以天然气为燃料，排放的燃烧产物中含有一定比例的CO、CO2和NOx。其中天然气是一种不可再生的化石能源，在燃烧过程中应当让其发挥出最大的价值。燃烧产物中的CO是有毒有害气体，CO2是温室气体，NOx是雾霾的主要成分其中之一。随着人们对能源效率和环境保护越来越重视，高能效、低排放的冷凝式燃气采暖炉逐渐受到消费者青睐。如何造出体积小、效率高、排放低的产品成为厂商们的新课题。目前燃气采暖炉的冷凝热交换器主要分为两种，一体式冷凝热交换器和二次冷凝热交换器。本文将从工作原理、采暖炉内部结构、热效率性能、环境保护性能、市场现状等方面对比分析两种冷凝热交换器优缺点。

2 工作原理

2.1 一体式冷凝热交换器

一体式冷凝热交换器，通常为螺旋管状结构，燃气和空气的混合气体在密闭燃烧室燃烧，高温烟气在封闭的燃烧室中与螺旋管状热交换器中低温水进行热交换，一次热交换释放大部分热量，直接将烟气温度降低至60℃以内，使烟气中的水蒸气冷凝，完成热交换过程。如图1所示。

图1 一体式冷凝热交换器工作原理示意图

2.2二次冷凝热交换器

二次冷凝热交换器，是在传统大气式燃烧的燃气采暖炉上增设一个冷凝热交换器，来达到回收烟气中热量的目的。高温烟气经主热交换器首次热交换后，烟度降低至140℃以下，然后进入二次冷凝热交换器，经冷凝热交换器二次热交换后，排烟温度降低至露点下，大约为50℃～80℃。如图2所示。

图2 二次冷凝热交换器工作原理示意图

3 安装不同热交换器的采暖炉内部结构

3.1 一体式冷凝热交换器

以某品牌24kW样品为例，如图3所示。

图3 安装一体式冷凝热交换器的内部结构

可以看到采暖炉整体体积较小，内部简洁清晰，有很大空余空间，膨胀水箱也得以放在侧面，减小了产品整体厚度。

3.2 二次冷凝热交换器

以某品牌24kW样品为例，如图4所示。

图4 安装二次冷凝热交换器的内部结构

可以看出采暖炉整体体积较大，内部结构拥挤，几乎没有空余空间，膨胀水箱只能放在背部，进一步增加了产品的体积和厚度。

4热效率性能

对前文提到的分别安装有一体式冷凝热交换器和二次冷凝热交换器的采暖炉产品，按照国家标准GB 20665-2015《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》进行热效率测试，试验结果数据详见表1。

表1 热效率测试结果

由表1可以看出，无论是热水模式还是采暖模式，采用一体式冷凝热交换器的采暖炉产品热效率均比采用二次冷凝热交换器的采暖炉产品热效率高。所以一体式冷凝热交换器的热效率性能更好一些。

5 环境保护性能

对于环境保护性能，我们主要看燃烧产物中CO和NOx含量。这两种气体对环境危害较大，排放的越少，环境保护性能越好。对前文提到的分别安装有一体式冷凝热交换器和二次冷凝热交换器的采暖炉产品，按照国家标准GB 25034-2010《燃气采暖热水炉》测试额定热负荷时，烟气中CO（α=1）、NOx含量，测试结果数据见表2。

表2 额定热负荷时烟气中CO（α=1）、NOx含量测试结果

由表2可以看出，安装了一体式冷凝热交换器的采暖炉产品，因为采用了全预混燃烧技术，烟气中CO（α=1）、NOx含量均比安装了二次冷凝热交换器的采暖炉产品低。所以一体式冷凝热交换器的环境保护性能更好。

6 市场现状

6.1 一体式冷凝热交换器

一体式冷凝热交换器，由于外国起步较早，技术难度相对较高，市场上采用一体式冷凝散热器的产品多为进口产品。少数国产品牌的相关产品也是直接采购的外国品牌的热交换器，并非自己生产，成本高，直接导致相关产品价格较高。

6.2 二次冷凝热交换器

目前大多数国产品牌采用的是二次冷凝热交换器这种方案，由于是在原有普通采暖炉基础上加一个二次冷凝热交换器实现冷凝热交换，技术难度和研发成本较低，相关配件都可以采用国产产品，成本较低。

7 分析总结

通过前文对比可知，一体式冷凝热交换器结构紧凑，体积较小，方便厂商把采暖炉产品做的小巧美观，而且热效率性能、环境保护性能均好于二次冷凝热交换器。缺点是一体式冷凝热交换器技术多掌握在外国厂商手中，采购成本较高。

国内冷凝式燃气采暖热水炉产品的出现已有多年，燃气具行业技术储备及研发能力也有了较大的提高，是时候研究和开发具有自主知识产权的一体式冷凝热交换器。如果可以成功国产一体式冷凝热交换器，不仅可以减小产品体积、提高产品性能、增加产品竞争力，还能降低产品成本，进一步增加利润，实在是一举多得的好事。