庞国烽 梁展程
(广东万和热能科技有限公司 佛山 528325)
壁挂炉是一种集供暖和卫浴两用的热源设备,在北方深受消费者的青睐。在施工过程中,用户往往结合自身需求对系统作定制化设计,导致壁挂炉的使用场景复杂多变。
调研发现,部分系统在夏季没供暖需求时,会关闭壁挂炉供暖出、回水口处的阀门。正常情况下,当用户卫浴停水以后,机器内的三通阀会切换回供暖状态,这时风机后循环和水泵后循环启动。风机后循环能迅速将熄火后燃烧室的余热排走,避免余热积攒。而水泵后循环能将供暖系统的低温回水输送到主换热器内部,有效避免卫浴停水后过热保护。而当壁挂炉供暖出、回水口处阀门处于关闭的状态时,水泵后循环将无法从供暖系统输送低温回水到主换热内部,剩下风机后循环正常工作。主换热器温度逐渐升高,极限温控器动作,触发过热保护,需手动复位才能重新点火,极大影响用户体验。
本文是基于壁挂炉供暖出、回水口处阀门处于关闭的状态下,探讨风机后循环对卫浴停水后非正常过热保护的影响,同时提出整改方案并验证方案可行性。
从图1可知,极限温控器设置在主换热器的出水口处,其目的是防止堵塞引起主换热器干烧。
图1 供暖状态下水流方向示意图
壁挂炉卫生水启停是通过水流量传感器信号控制的,卫生水关闭时,水流传感器的反馈存在延迟,卫生水关闭以后机器会继续燃烧(1~2)s,熄火后的燃烧室余热仍然会加热主换热器,其余热持续传递到主换热器出水口附近,即极限温控器安装处的温度会持续上升,严重时极限温控制器动作触发过热保护[1]。
壁挂炉既能供暖也能提供卫生热水,机器在供暖模式时,水流方向如图1所示。当用户开启用水点时,机器检测到水流量大于预设值,三通阀自动切换到卫生水模式,水流方向如图2所示,当停止使用卫生水时,三通阀自动切换到在供暖模式,此时主换热器的余热被用于供暖,过热问题很少发生。
图2 卫生水状态下水流方向示意图
当用户不使用供暖功能时,并关闭壁挂炉供暖出、回水口处阀门,如图中A和E中的截止阀关闭。此时机器只有卫生水模式,使用卫生水并关闭后主换热器余热无法被供暖循环水带走,机器过热保护问题尤为突出。
本试验在综合检测台进行,试验设备包括燃气流量计、卫生进水温度计、卫生出水温度计、温度探头、变源电源等,试验设备如图3所示。本试验使用某品牌一台额定热输入为20 kW的板换式壁挂炉进行,壁挂炉调节至夏季模式,关闭壁挂炉供暖出、回水口处的阀门,记录关闭卫生水后极限温控器的温度变化。
图3 试验设备
试验环境条件为室内温度24.7℃,大气压101.2 kPa,空气湿度53 %,试验气为12 T天然气,燃气温度24.5 ℃。以下各组试验均在板换式壁挂炉额定热输入,卫生进水温度为20 ℃,卫生出水温度为60 ℃下进行,以保证各组试验条件一致[2]。
试验用的壁挂炉调节至夏季模式,当卫生水关闭后,壁挂炉的三通切换至供暖模式,风机后循环30 s后停转,水泵后循序5 s停转。提前关闭壁挂炉供暖出、回水口处的阀门,根据上述控制逻辑试验,在卫浴工况热平衡后关闭卫生水,极限温控器温度如表1所示。
表1 极限温控器温度随时间推移的变化情况
由表1数据分析可知,关水后由于外循环通道关闭,水泵后循环仅作用于机器内部,此时只有风机能正常工作散热,而风机后循环的时间较短,燃烧室的余热通过主换热器传递到极限温控器,使其温度一直升高,直至5 min达到97.1 ℃,其后温度开始回调。极限温控器的动作温度为95 ℃,升温的过程中极限温控器动作,触发过热保护。
3.2.1 风机后循环延长,极限温控器最高温度情况
为避免卫浴停水后非正常过热保护,必须降低极限温控器最高温度,延长风机后循环时间可增大散热。调整现有的控制逻辑,风机后循环在原来30 s的基础上分别延长N min,使外部冷空气流入燃烧室内部降温,同时排走燃烧室余热,试验数据如表2所示。
表2 极限温控器最高温度随风机后循环时间延长的变化情况
由表2数据分析可知,延长风机后循环时间能降低极限温控器的最高温度,可避免极限温控器动作。由于极限温控器的温度是通过主换热器传递过来,延长风机后循环让室外更多冷空气进入主换热器并发生对流换热,降低主换热器的基础温度,虽然风机后循环结束后燃烧室余热仍然加热主换热器,但最终主换热器的温度仍会降低,进而令极限温控器的最高温度降低。
风机后循环时间延长4 min的极限温控器最高温度与风机后循环时间延长5 min的极限温控器最高温度差异很小,考虑到风机后循环时间过长会影响用户使用体验,因此选用风机后循环为4 min的控制逻辑较为合理。
3.2.2 风机后循环30 s后,根据预设温度启动第二次风机后循环,极限温控器最高温度情况
虽然延长风机后循环能降低极限温控器的最高温度,但风机运转带来的噪音问题和耗能影响用户体验。若在极限温控器动作前,先让主换热器吸收一部分燃烧室余热,风机再次二次启动,由于主换热器表面与冷空气的温差被拉大,风机相同的运行时间下,其散热效率更高,带走更多热量[3]。在极限温控器处设有温度探头,考虑到极限温控器动作温度偏差为(95±3)℃,为避免极限温控器误动作,预设值定为90 ℃。当极限温控器处的温度达到预设值90 ℃时,风机第二个后循环启动,分别按Nmin运行,试验数据如表3所示。
表3 极限温控器最高温度随风机第二次后循环时间的变化情况
由表3和表2两组数据对比分析可知,当极限温控器温度到达90 ℃后再启动第二次风机后循环,相同风机运行时间下,极限温控器最高温度会降得更低。而极限温控器温度到达90 ℃后再启动第二次风机后循环3 min的最高温度与表2直接延长风机后循环4 min的最高温度差异很少,考虑风机运转带来的噪音问题和耗能,因此选用极限温控器温度到达90 ℃后再启动第二次风机后循环3 min的控制逻辑较为合理。
本文通过关闭供暖出、回水口处的阀门,在卫浴工况热平衡后关闭卫生水,研究风机后循环对卫浴停水后非正常过热保护的影响,并通过了试验验证,本文结论如下:
1)关闭供暖出、回水口处的阀门,在卫浴工况热平衡后关闭卫生水,极限温控器的温度在关水瞬间远低于动作值,但随着时间推移,极限温控器的温度逐渐上升,明显高于动作值,触发过热保护。
2)关闭供暖出、回水口处的阀门,在卫浴工况热平衡后关闭卫生水,水泵后循环仅作用于机器内部,无法有效散热,可通过延长风机后循环能有效增强散热,降低极限温控器最高温度。
3)关闭供暖出、回水口处的阀门,在卫浴工况热平衡后关闭卫生水,第一次风机后循环结束后,极限温控器温度达到90 ℃后再启动第二次风机后循环,相同风机运行时间下能更有效降低极限温控器最高温度。
综合散热效果和用户体验感,把控制逻辑调整为第一次风机后循环30 s结束后,检测极限温控器温度,若温度到达90 ℃时,启动第二次风机后循环3 min较为合理。
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