摘 要：本文通过理论分析探讨通过周期性停机运行的方式提高普通壁挂炉平均供暖热效率的可行性分析。
关键词：普通壁挂炉；平均供暖热效率；分析
0 前言
普通壁挂炉是人们对采用普通燃烧技术的壁挂炉的通称。这种壁挂炉是在比例调节燃烧器（燃气量可调、进风量不可调）的作用下进行工作的。普通壁挂炉的弊端就是由于燃气和空气无法时时达到完全燃烧的混合比，空气系数在壁挂炉的部分热负荷状况下偏高。普通壁挂炉在这种工作状况下，烟气带走的热量损失偏大，污染排放物指标较高，热效率在部分热负荷状况下偏低。据了解，国产的普通壁挂炉产品通常在满负荷的情况下，热效率约为90%；在负荷较小的情况下，热效率在约为85%。因此出现了热效率更高的冷凝式壁挂炉，冷凝式壁挂炉是使用目前世界上先进的冷凝技术，即将烟气中的余热回收利用，其燃烧方式为全预混的比例调节。另外，冷凝壁挂炉的排烟温度最低可降到40℃左右，烟气中水蒸气潜热基本被充分吸收和利用，故此热效率可大于100%，最高可达109%。但由于冷凝壁挂炉价格昂贵，目前，国内壁挂炉用户大多采用的还是普通壁挂炉，因此本文通过理论分析探讨通过周期性停机运行的方式提高普通壁挂炉供暖平均热效率，仍具有非常实际的指导意义。
1 普通壁挂炉采暖燃烧控制原理
注解：机器采暖负荷范围8kW～20kW（机器标定负荷范围），即负荷需求（12kW）在机器标定负荷范围内，机器将执行恒温控制方式。这时机器输出负荷等于负荷需求（假设热效率为1）。
当负荷需求大于机器最小标定负荷，供暖期间机器执行恒温控制；负荷需求小于机器最小标定负荷，且采暖出水温度高出采暖设置温度5℃时，供暖期间机器将执行高5℃停机的周期运行方式。（如图1、2所示）。
注解：由于负荷需求为6kW小于机器最小标定负荷8kW，这时机器燃烧时采暖出水温度将很容易高出采暖设置温度，当高出5℃时机器将停机，并执行回差控制进入下一周期，如此循环。
2 提高普通壁挂炉的平均供暖热效率的可行性分析
由于普通壁挂炉采用普通燃烧技术，提高壁挂炉本身热效率的空间非常有限，但是普通壁挂炉产品通常在满负荷的情况下，热效率约为90%；在负荷较小的情况下，热效率在约为85%，即壁挂炉在大负荷时的热效率明显比低负荷时的热效率要高，而在整个供暖季节期间的负荷需求不一致，壁挂炉有可能在负荷小（热效率低）与满负荷（热效率高）区间内变动，若能让壁挂炉在实际负荷需求小的情况下也工作在热效率较高的负荷段时，则能提高壁挂炉的平均供暖热效率，达到节能的效果。以下进行分析。
在负荷需求一定的情况下，一段时间△t（△t=t2-t1）内的负荷需求量可用下（1）式计算。
△Q=Qp×△t=Qs×ηc×(t2-t1) （1）
式中ηc—— 采暖热效率（%）；
△Q—— 一段时间内的负荷需求量；
Qp—— 单位时间有效热负荷；
Qs—— 单位时间输出热负荷；
由（1）式可知，△Q与Qp成正比关系，因此要获得相同的负荷需求量△Q，Qp越大则需要的时间△t（△t=t2-t1）越小。为了更形象的描述，假设单位有效热负荷为Qp1＝10kW，时间△t1＝8min，则根据公式（1）式，负荷需求量△Q1＝（10×8/60）＝1.33kWh，如下图3所示（阴影部分即△Q1）；当单位有效热负荷为Qp2＝16kW，为了获得相同的负荷需求量△Q2（即△Q1＝△Q2），根据公式（1）可计算出需要的时间△t2＝5min，如图4所示（阴影部分即△Q2）。
如图5所示，假设ηc恒为1，则可以认为壁挂炉输出热负荷为16kW，运行5min停止运行3min（周期性运行）所得到的总负荷等于壁挂炉输出热负荷为10kW，运行8min所得到的总负荷，以此作为一个运行周期，两种方式所得到的总负荷总是相等的，但实际上普通壁挂炉的热效率ηc是在满负荷时最大，随着负荷减少ηc也减小，因此在相同的负荷需求的情况下，壁挂炉按照周期性运行模式更加节能（普通壁挂炉平均供暖热效率高）。
3 实验论证
3.1 对我司一款壁挂炉产品进行热效率分析：
3.1.1实验条件：大气压为101.8kPa，燃气温度29℃，供暖水流量调定在11.5L/min，冷却水流量调定在5L/min。
按照GB 25034－2010要求测试[1]，由下式计算实测热效率，表达式为：
式中ηc——采暖热效率（％）；
M——修正后实测出热水量的数值，单位为千克（Kg）；
Dp——对应平均出水温度下的测试装置热损失，包括循环泵产生的热量，单位为千焦（KJ）；
Vr(10) ——实测燃气消耗量折算成基准状态（15℃、101.3kPa）下的数值，单位为立方米（m3）
Hi——试验燃气在基准状态下的低热值的数值，单位为兆焦每立方米（MJ/m3）；
根据实验数据，根据热效率计算公式（2）可得出这款产品的效率曲线（如图6）。
3.2 实验论证：
3.2.1实验条件：大气压为101.8kPa，燃气温度29℃，供暖水流量调定在11.5L/min，冷却水流量调定在5L/min，冷却水温度20℃。
3.2.2 实验方法：
3.2.2.1在3.2.1条件下，调定壁挂炉输入功率为11kW，持续运行10min以上，然后每30s记录一次冷却水进水温度及经过换热后的出水温度，以8min为一个周期。实测数据如表1所示：
设图7中进水温度与出水温度之间形成的面积为Sa（冷却水进、出水温度取平均值，面积即为有效得热）：Sa≈ (47.4-20.37)×8=216.24
设图8中进水温度与出水温度之间形成的面积为Sb（面积即为有效得热），把Sb分割成16个梯形，使用梯形法近似计算：Sb≈ S1+S2+…..+S16=235.67
3.2.2.2假设热效率为1，要获得3.2.2.1一个周期内相同的有效热负荷，根据公式（1）可计算出以运行5min停3min为一个周期所需的输入功率为17.6kW（即这两种运行方式在N个整周期内的总输入功率是一样的，即耗气量一样）。
调定壁挂炉输入功率为17.6kW，每30s记录一次冷却水经过换热后的出水温度（以运行5min停3min为一个周期）。实验数据如表2所示：
通过计算结果可知，Sb＞Sa，即周期式控制的得热量大于恒温控制的得热量。
4 结论
通过上述的理论和试验论证，采用周期式控制比恒温控制在相同的热负荷输入条件下，有效得热量更多。反之要获得相同有效热负荷，周期式控制比恒温控制更加省气。
参考文献
[1] GB 25034－2010，燃气采暖热水炉。