燃氣壁掛爐的工況與低溫熱水地面輻射供暖系統(以下簡稱地暖系統)的工況沖突應引起重視，尤其是在大面積分戶供暖系統的應用中，這種沖突更加嚴重，如不能很好的加以重視和解決，必然會造成系統運行故障率高，運行效果差，局部不熱或能耗高等問題。壁掛爐的高溫出水，小流量、大溫差與地暖系統的低溫進水，大流量、小溫差工況沖突需要優化。本文探討了壁掛爐應用于地暖系統的常見問題，并重點介紹二次系統、動力分散系統等壁掛爐與地暖應用的優化方案。

關鍵詞：燃氣壁掛爐燃氣采暖熱水爐地暖低溫熱水地面輻射供暖

0前言在長江流域的南方采暖市場，燃氣壁掛爐作為熱源的分戶供暖系統已經成為主流。壁掛爐以其小巧、安裝方便，智能化程度高，節能、安全得到用戶的青睞。低溫熱水輻射地板采暖作為發展最快供暖末端形式在南方地區也得到很快的普及。某種意義上說，燃氣壁掛爐與低溫熱水輻射地板采暖是相得益彰的分戶供暖最佳匹配形式。但由于對壁掛爐工況及低溫熱水輻射地板采暖工況的了解不夠，使得應用中也出現了很多問題。我們需要討論如何優化和提高燃氣壁掛爐匹配地暖系統，充分發揮壁掛爐節能、方便和地暖系統節能、舒適的優勢。我們通常形容壁掛爐的工況是小流量、大溫差，地暖系統工況則是大流量、小溫差。在分戶供暖系統使用壁掛爐應用于地暖末端時，就出現了沖突或是不匹配的問題。而這種問題是很常見的，具體表現為：由于循環不足造成的壁掛爐頻繁啟停壁掛爐進回水溫差過大帶來的冷凝腐蝕地暖升溫時間過長，降低了舒適度局部不熱造成系統應用失敗以及能耗過高造成客戶口碑不佳等問題。對這些問題進行分析，并討論如何匹配壁掛爐與地暖系統是我們本文討論的重點。所以，了解燃氣壁掛爐和低溫熱水輻射地板采暖工況，優化和匹配好燃氣壁掛爐和低溫熱水輻射地板采暖系統就顯得尤為重要了。

1燃氣壁掛爐的工況特點

1.1壁掛爐的熱效率通常的即熱式燃氣壁掛爐都配置有內置動力循環水泵，通過水泵驅動熱媒水通過主熱交換器換熱。主熱交換器(如圖2)是由盤繞的干管及焊接在干管上的翅片構成。通過燃氣壁掛爐的燃燒器(火排)燃燒，熱媒水流過主熱交換器帶出熱量。交換出的熱量越大，則壁掛爐的工作效率越高反之，交換出的熱量越低，則壁掛爐的工作效率則越低。而這個換熱效率即與壁掛爐的工作負荷有關，通常在全負荷狀態下比部分負荷狀態下換熱效率高。在新國標GB25034-2010《燃氣采暖熱水爐》標準中的第六章第七條6.7熱效率項目下既明確了對應于額定熱輸入時采暖熱效率不應小于(84+2lgPn)%和對應于30%額定熱輸入時采暖熱效率不應小于(80+3lgPn)%。說明采暖負荷不同，燃氣具的燃燒換熱效率是不同的，所以為了充分發揮設備的工作效率，應克服設備長期工作在部分負荷狀態下。而這是壁掛爐系統節能的一項重要指標。在北京菲斯曼供熱技術有限公司嵇永飛、馮濤、高學杰所做《燃氣壁掛爐部分負荷熱效率測試方法探討》一文中，就30%額定負荷下測試燃氣壁掛爐效率給出了方法，并進行的效率測試。解決了通常只能測定50%額定負荷下測試燃氣壁掛爐效率的問題。文中描述GB20665-2006中部分負荷熱效率測試時只是限定于額定負荷50%下，并未明確具體負荷數值。一般做測試時都是將燃氣壁掛爐(下文簡稱器具)設定在最小負荷處，通過調節使其滿足測試要求，然后測試其熱效率。這樣就不可避免地會產生不同廠家的產品是在不同負荷比例下測試熱效率的，其結果不具有可比性，沒有說服力。50%額定負荷下、40%額定負荷下、30%額定負荷下等情況的熱效率的差異是很顯然的。而采暖熱水爐新國標(暫未頒布)則明確要求在30%額定負荷下測試部分負荷的熱效率，將不同產品歸到同一條件下，從而具有了可比性，能甄別產品性能的優劣。如何能夠在不改變現有產品條件下將器具按照標準要求準確調節或折算到30%額定負荷下進行部分負荷能效測試成了問題，本文以某一機型為例，介紹新國標中部分負荷的直接測試方法2，并示例如何具體操作。通過該文中相關30%部分負荷下的測試數據，我們發現在部分負荷狀態下對比全負荷工作狀態，燃燒換熱效率是有所下降的。

1.2壁掛爐的流速與流量查閱了相關資料并進行認真的計算，得到壁掛爐主熱交換器內熱媒水流速大約在0.45m/s～0.65m/s時、進回水溫差在20K～25K時換熱效率最高。高于或低于這個流速范圍都會帶來其他問題。如主熱交換器內熱媒水流速過高，進回水溫差過小，換熱效率下降。而主熱交換器內熱媒水流速過低，則會造成進回水溫差過大，回水溫度低造成主熱交換器冷凝腐蝕流速低、流量過小還會造成爐膛快速升溫、溫升過高，壁掛爐頻繁啟停流速過低還容易使得氣體逸出造成主熱交換器積氣燃燒穿孔，降低主熱交換器的使用壽命。所以，需要有效的控制壁掛爐主熱交換器內熱媒水流速在合理范圍內。注：揚程流量曲線圖中給出了壁掛爐在額定工況下的流量(最大流量)大約在1000L/h。注：通常壁掛爐在100%額定負荷狀態下運行的效率是91%。通過測試得到其在30%額定負荷狀態下運行的效率大約為86%，大約有5%效率損失。注：表中表明壁掛爐的額定流量只有1032l/h，再計入系統阻力損失，其有效流量更小，顯然不能滿足低溫熱水地面輻射采暖大流量、小溫差的技術要求。

1.3壁掛爐的進回水溫差根據壁掛爐的最大輸出功率和有效流量，我們可以計算出壁掛爐最佳工況下的進回水溫差。以24kW壁掛爐為例，最大輸出20000kcal/h，剩余揚程3m，有效流量800L/h～1000L/h這樣我們就能計算出其最佳進回水溫差為：20K～25K?？紤]到系統阻力損失，我們選定壁掛爐的最佳運行工況為：流量G=800L/h，溫差△T=25K。根據以上分析，我們總結燃氣壁掛爐工況特點為：高溫出水，小流量、大溫差，其最佳的運行工況條件為：出水溫度70～80℃，流量G=800L/h，溫差△T=25K。所以，我們在選擇燃氣壁掛爐作為熱源時就需要考慮滿足以上工況條件。

2低溫熱水地面輻射供暖系統的工況特點

2.1低溫熱水地面輻射供暖系統供水溫度計溫差根據JGJ142-2004《地暖輻射供暖技術規程》第3.1.1條低溫熱水地面輻射供暖系統的供、回水溫度應由計算確定。民用建筑供水溫度宜采用35～50℃，不應超過60℃，供、回水溫差宜小于或等于10℃。常規地暖系統要求的工況條件如下：加熱管采用PE-X管、PE-RT或PB管、外徑為20mm、填充層厚度為50mm、絕熱層厚度20mm和供回水溫差10℃。

2.2地暖盤管中熱媒水的流速及流量根據JGJ142-2004《地暖輻射供暖技術規程》第3.5.6條加熱管內水的流速不宜小于0.25m/s，同時亦不宜大于0.8m/s。通過已知條件計算，我們可以得出每一地暖盤管支路流量180L/h。

2.3地暖盤管中熱媒水的阻力損失根據JGJ142-2004《地暖輻射供暖技術規程》第3.5.2條連接在同一分、集水器上的同一管徑各環路加熱管的長度宜盡量接近，并不宜超過120m。結合以上技術要求，我們可以設定已知條件，并計算管路阻力損失：通過上表我們看到計算結果：Dn20地暖盤管，長度:L=120m長度，流速:v=0.25m/s，流量:G=180L/h，環路壓損:△P=0.78m/Dn16地暖盤管，長度:L=120m長度，流速:v=0.44m/s，流量:G=180L/h，環路壓損:△P=3m/120m。地暖升溫是利用地暖盤管是通過整根的熱水管道與包覆其的混泥土傳熱，達到升溫地面輻射傳熱空氣的目的。根據以上分析，我們總結地暖系統工況特點為：低溫進水，大流量、小溫差，即：進水溫度35～50℃，進回水溫差△T=10K。

3燃氣壁掛爐應用于地暖系統中的常見問題分析

3.1壁掛爐出力不足問題常見的熱源與末端直供的地暖系統，設置出水溫度低，而地暖循環流量大，進回水溫差小，使得壁掛爐換熱效率下降，鍋爐頻繁啟動、間歇燃燒，熱輸出能力下降。

3.2壁掛爐循環不足、頻繁點火問題常見的壁掛爐應用于地暖系統都是采用類似于壁掛爐應用于散熱器采暖的方式，由壁掛爐直供，壁掛爐內置循環泵作為系統循環動能。由于地暖系統阻力損失大，壁掛爐驅動力不足，造成系統循環不足，系統循環流量小，爐膛升溫快，鍋爐過熱停機保護。溫降后鍋爐再次點火，迅速過熱停機，周而復始，頻繁點火。

3.3壁掛爐進回水溫差大問題在壁掛爐直供地暖系統中，由于系統阻力損失大，如地暖盤管過長、地盤管管徑過小，以及閥門配置不當或管路系統施工不合理等，都會造成系統阻力損失過大。而壁掛爐循環動能不足，使得系統流量過小，造成壁掛爐進回水溫差過大，回水溫度過低易產生冷凝現象，影響壁掛爐使用壽命。地暖的進回水溫差過大也會造成地暖的舒適度下降。

3.4地暖局部不熱問題這在壁掛爐直供地暖末端系統中是很常見的現象，比如兩層建筑，分別給每層供熱都可以升溫，而全部供暖時則會有一層不熱，或者是整體供暖時有局部不熱。這主要還是循環不足，或者水力失調，造成局部循環不暢，無法將熱量帶到需要升溫的空間。

3.5地暖升溫慢問題通常大家會說地暖升溫慢，但過慢也是不正常的。地暖升溫慢的主要原因就是系統循環不足造成的壁掛爐出力不夠，影響了輸出功率。如重慶地區常用的壁掛爐地暖系統，通常配置的壁掛爐的輸出功率遠遠大于末端輸入功率的需要，如100平方采暖面積配置24kW壁掛爐，單位負荷已經達到240W/㎡，如果地暖系統匹配合理，升溫是很快的，90分鐘就會有明顯的溫感了。

3.6系統能耗高問題循環不足、頻繁啟停，以及壁掛爐長期運行在低負荷狀態下都會造成壁掛爐消耗的燃氣不能轉化為有效熱量，能源利用率低、能耗高。另外熱源與末端匹配不好，水力失調，局部過流、局部欠流也是造成熱源熱量不能有效傳遞到末端熱量的問題，熱量通過排煙損失或傳輸損失，也是造成系統能耗高的重要原因。

3.7壁掛爐故障率高在壁掛爐地暖系統的應用中，施工單位調試中發現系統運行情況不佳，通常采用增加外置循環泵的方法，如果還是循環效果不佳，就更換高揚程水泵強行驅動。當滿足了地暖末端大流量、小溫差的工況條件后，壁掛爐主熱交換器內則流速過高，換熱效率下降，鍋爐排煙溫度升高，造成能源浪費如果外置泵與壁掛爐內置泵參數不同還易造成水泵沖突，影響壁掛爐內置泵使用壽命過高的串聯水泵揚程還會造成三通切換閥工作壓差增大，三通閥會出現嘯叫、振動等問題，三通閥故障率增加如果是分室控溫地暖，或是客戶部分區域使用，只開一個或兩個末端環路的情況下，環路水閥兩端壓差過大，易產生共振、嘯叫等問題，閥門也容易出現的故障。

3.8壁掛爐效率低常見的熱源與末端直供的地暖系統，為了滿足地暖的低溫熱水供暖需要，通常是直接調低壁掛爐出水溫度，如設置出水50度。由于壁掛爐自身循環流量小，地暖進回水溫差小，就使得壁掛爐長期工作在低負荷(部分負荷)狀態下，運行效率低。

4如何優化燃氣壁掛爐與低溫熱水地面輻射供暖系統JGJ142-2004《地暖輻射供暖技術規程》中規定第3.1.4條無論采用何種熱源，低溫熱水地面輻射供暖熱媒的溫度、流量和資用壓差等參數，都應和熱源系統相匹配同時熱源系統應設置相應的控制裝置，滿足地暖系統運行與調節的需要。

4.1采用二次系統為克服壁掛爐與地暖工況的沖突，采用二次系統將系統分割成為熱源側和末端側。這樣熱源側壁掛爐可以工作在自身的最佳工況下，通過一、二次側的循環流量比例調節還可以提高壁掛爐回水溫度，克服冷凝造成的主熱交換器腐蝕，延長壁掛爐使用壽命避免壁掛爐長期低負荷(部分負荷)狀態下運行，熱源側(一次側)運行在全負荷(100%負荷)狀態下，控制熱源側運行流量不變、進回水溫差不變，輸出負荷的變化只改變運行時間來實現，杜絕燃氣壁掛爐在部分負荷狀態下長期運行，有利于發揮壁掛爐熱效率。末端側(二次側)循環動能可以根據末端計算參數配置，遵循滿足設計流量條件下配置最小動能原則，既可以降低水泵功耗，也可以控制過大水泵帶來的成本增加和噪音增大等問題。末端側(二次側)負荷變化時熱源側(一次側)只改變工作時長，流量不變、溫差不變，這樣也有利于延長熱源設備壽命。

4.2采用混水系統混水系統可以有效的解決燃氣壁掛爐高溫出水與地暖低溫進水的矛盾，充分發揮壁掛爐在全負荷狀態向運行效率高的優勢，又滿足了地暖低溫供暖的需要。所以設計熱源側(一次側)高溫出水、末端側(二次側)由混水系統將水溫控制在設計進水溫度。

4.3動力分散系統在別墅等大面積壁掛爐分戶供暖系統中，由于末端側(二次側)采暖面積大，需要的循環流量較大。如果配置較大的末端側(二次側)循環動能，在用戶部分使用或小面積供暖時，就會出現嘯叫、共振等噪音，以及局部過流等問題，不利于節能。還會使得水泵電功耗無謂浪費和出現過載的可能?？梢詫⑤^大的末端側(二次側)分解成兩個或是多個末端側(二次側)，分別配置循環動能，水泵選型應遵循滿足設計流量的最小動能原則。這樣當某區域有采暖需求時，區域動能工作，只需滿足局部流量需要即可，既降低了水泵電功耗，也克服了水泵噪音和閥頭噪音等問題，還降低了部件故障率。

4.4總線控制系統分室控溫的地暖系統，設計二次系統和動力分散系統后，系統的智能化控制就非常必要了，我們建議采用總線溫控系統。當某個室內空間有采暖需求需要啟動時，通過中央控制器將啟動信號傳遞給區域動能和熱源，鍋爐啟動、區域水泵啟動、支路閥門執行器打開，房間開始升溫當其他區域也有采暖需求需要啟動時，通過中央控制器將啟動信號傳遞給相應的區域動能和熱源，鍋爐啟動、區域水泵啟動、支路閥門執行器打開，房間開始升溫。當某區域最后一個房間溫度達到設定值，或是需要關停時，則其對應的區域動能關停當所有房間溫度達到設定值，或是需要關停時，則所有的區域動能關停、鍋爐也關停。室內溫度控制可以根據需要設定不同的時間，可以運行在不同的溫度下，如上班族：上班離開家時間，室溫設定在經濟溫度值下班回來時，室溫設定在舒適溫度值夜晚睡眠時，溫度設定在睡眠溫度值。如住校學生：住校期間，其房間溫度設定在經濟溫度值周末回家時，其房間溫度設定在舒適溫度值。節能在于控制。除了系統要有最佳的優化，控制方案也要合理，很難想象一個沒有控制的地暖系統會是舒適和節能的。而當前地暖應用中沒有控制的地暖還大行其道，這是很不應該的。

5高效末端模塊地暖等新型地暖末端應用于燃氣壁掛爐隨著地暖應用技術的不斷發展，衍生出了更多的新型地暖末端，如毛細管地暖系統、模塊地暖系統等高效地暖末端。這種新型末端的訴求就是更節能、更舒適，這種新型高效地暖末端都有一個共性，那就是熱媒低溫化，即低溫供熱，并且要求進回水溫差更小。高效末端使得地暖的應用范圍和熱源的選擇范圍更寬泛，既能適用于傳統的鍋爐，也能適用于太陽能、熱泵以及一些工業余熱、廢熱等?？偨Y高效末端的工況條件就是：熱媒水溫更低，只需要35℃進回水溫差更小，大約3～5℃。那么在相同的使用條件下，則需要更大的循環流量來滿足其散熱的需要。壁掛爐應用于地暖高效末端，熱源側只需要保證壁掛爐的最佳工況即可，末端側根據末端工況及供暖面積等參數設計，并需優化系統水力分配，配置相應的循環動能，依然遵循滿足設計流量的最小動能原則，如此設計和匹配就能保證系統高效、節能運行，亦能保證最佳的舒適度。

6小結通過以上分析，我們了解了壁掛爐應用于低溫熱水地面輻射采暖系統的常見問題通過了解燃氣壁掛爐的運行工況及低溫熱水地面輻射采暖系統的工況條件，我們認識到，造成以上諸多問題的原因就是熱源與末端的應用沖突，所以，過去的壁掛爐直供地暖末端的形式是不合理的，需要對系統進行合理匹配和優化?；焖到y、二次系統、動力分散系統及總線溫控系統是較好的解決系統沖突的方法，但也會使得系統復雜化、系統成本增加，這就需要地暖行業相關單位、企業共同努力，提高地暖系統的部品化和總成化，并通過教學、培訓的方法來提升行業技術水平。同時還需要行業制定相關設計、施工的標準，提高地暖行業的準入門檻，防止失敗地暖的負面影響，提升地暖行業的整體形象。