龐國烽 梁展程

（廣東萬和熱能科技有限公司 佛山 528325）

引言

壁掛爐是一種集供暖和衛(wèi)浴兩用的熱源設(shè)備，在北方深受消費(fèi)者的青睞。在施工過程中，用戶往往結(jié)合自身需求對系統(tǒng)作定制化設(shè)計(jì)，導(dǎo)致壁掛爐的使用場景復(fù)雜多變。

調(diào)研發(fā)現(xiàn)，部分系統(tǒng)在夏季沒供暖需求時，會關(guān)閉壁掛爐供暖出、回水口處的閥門。正常情況下，當(dāng)用戶衛(wèi)浴停水以后，機(jī)器內(nèi)的三通閥會切換回供暖狀態(tài)，這時風(fēng)機(jī)后循環(huán)和水泵后循環(huán)啟動。風(fēng)機(jī)后循環(huán)能迅速將熄火后燃燒室的余熱排走，避免余熱積攢。而水泵后循環(huán)能將供暖系統(tǒng)的低溫回水輸送到主換熱器內(nèi)部，有效避免衛(wèi)浴停水后過熱保護(hù)。而當(dāng)壁掛爐供暖出、回水口處閥門處于關(guān)閉的狀態(tài)時，水泵后循環(huán)將無法從供暖系統(tǒng)輸送低溫回水到主換熱內(nèi)部，剩下風(fēng)機(jī)后循環(huán)正常工作。主換熱器溫度逐漸升高，極限溫控器動作，觸發(fā)過熱保護(hù)，需手動復(fù)位才能重新點(diǎn)火，極大影響用戶體驗(yàn)。

本文是基于壁掛爐供暖出、回水口處閥門處于關(guān)閉的狀態(tài)下，探討風(fēng)機(jī)后循環(huán)對衛(wèi)浴停水后非正常過熱保護(hù)的影響，同時提出整改方案并驗(yàn)證方案可行性。

1 衛(wèi)浴停水后非正常過熱保護(hù)原因分析

從圖1可知，極限溫控器設(shè)置在主換熱器的出水口處，其目的是防止堵塞引起主換熱器干燒。

圖1 供暖狀態(tài)下水流方向示意圖

壁掛爐衛(wèi)生水啟停是通過水流量傳感器信號控制的，衛(wèi)生水關(guān)閉時，水流傳感器的反饋存在延遲，衛(wèi)生水關(guān)閉以后機(jī)器會繼續(xù)燃燒（1～2）s，熄火后的燃燒室余熱仍然會加熱主換熱器，其余熱持續(xù)傳遞到主換熱器出水口附近，即極限溫控器安裝處的溫度會持續(xù)上升，嚴(yán)重時極限溫控制器動作觸發(fā)過熱保護(hù)[1]。

壁掛爐既能供暖也能提供衛(wèi)生熱水，機(jī)器在供暖模式時，水流方向如圖1所示。當(dāng)用戶開啟用水點(diǎn)時，機(jī)器檢測到水流量大于預(yù)設(shè)值，三通閥自動切換到衛(wèi)生水模式，水流方向如圖2所示，當(dāng)停止使用衛(wèi)生水時，三通閥自動切換到在供暖模式，此時主換熱器的余熱被用于供暖，過熱問題很少發(fā)生。

圖2 衛(wèi)生水狀態(tài)下水流方向示意圖

當(dāng)用戶不使用供暖功能時，并關(guān)閉壁掛爐供暖出、回水口處閥門，如圖中A和E中的截止閥關(guān)閉。此時機(jī)器只有衛(wèi)生水模式，使用衛(wèi)生水并關(guān)閉后主換熱器余熱無法被供暖循環(huán)水帶走，機(jī)器過熱保護(hù)問題尤為突出。

2 試驗(yàn)設(shè)備及條件

本試驗(yàn)在綜合檢測臺進(jìn)行，試驗(yàn)設(shè)備包括燃?xì)饬髁坑?jì)、衛(wèi)生進(jìn)水溫度計(jì)、衛(wèi)生出水溫度計(jì)、溫度探頭、變源電源等，試驗(yàn)設(shè)備如圖3所示。本試驗(yàn)使用某品牌一臺額定熱輸入為20 kW的板換式壁掛爐進(jìn)行，壁掛爐調(diào)節(jié)至夏季模式，關(guān)閉壁掛爐供暖出、回水口處的閥門，記錄關(guān)閉衛(wèi)生水后極限溫控器的溫度變化。

圖3 試驗(yàn)設(shè)備

試驗(yàn)環(huán)境條件為室內(nèi)溫度24.7℃，大氣壓101.2 kPa，空氣濕度53 %，試驗(yàn)氣為12 T天然氣，燃?xì)鉁囟?4.5 ℃。以下各組試驗(yàn)均在板換式壁掛爐額定熱輸入，衛(wèi)生進(jìn)水溫度為20 ℃，衛(wèi)生出水溫度為60 ℃下進(jìn)行，以保證各組試驗(yàn)條件一致[2]。

3 試驗(yàn)結(jié)果與分析

3.1 控制邏輯調(diào)整前，試驗(yàn)數(shù)據(jù)

試驗(yàn)用的壁掛爐調(diào)節(jié)至夏季模式，當(dāng)衛(wèi)生水關(guān)閉后，壁掛爐的三通切換至供暖模式，風(fēng)機(jī)后循環(huán)30 s后停轉(zhuǎn)，水泵后循序5 s停轉(zhuǎn)。提前關(guān)閉壁掛爐供暖出、回水口處的閥門，根據(jù)上述控制邏輯試驗(yàn)，在衛(wèi)浴工況熱平衡后關(guān)閉衛(wèi)生水，極限溫控器溫度如表1所示。

表1 極限溫控器溫度隨時間推移的變化情況

由表1數(shù)據(jù)分析可知，關(guān)水后由于外循環(huán)通道關(guān)閉，水泵后循環(huán)僅作用于機(jī)器內(nèi)部，此時只有風(fēng)機(jī)能正常工作散熱，而風(fēng)機(jī)后循環(huán)的時間較短，燃燒室的余熱通過主換熱器傳遞到極限溫控器，使其溫度一直升高，直至5 min達(dá)到97.1 ℃，其后溫度開始回調(diào)。極限溫控器的動作溫度為95 ℃，升溫的過程中極限溫控器動作，觸發(fā)過熱保護(hù)。

3.2 控制邏輯調(diào)整前，試驗(yàn)數(shù)據(jù)

3.2.1 風(fēng)機(jī)后循環(huán)延長，極限溫控器最高溫度情況

為避免衛(wèi)浴停水后非正常過熱保護(hù)，必須降低極限溫控器最高溫度，延長風(fēng)機(jī)后循環(huán)時間可增大散熱。調(diào)整現(xiàn)有的控制邏輯，風(fēng)機(jī)后循環(huán)在原來30 s的基礎(chǔ)上分別延長N min，使外部冷空氣流入燃燒室內(nèi)部降溫，同時排走燃燒室余熱，試驗(yàn)數(shù)據(jù)如表2所示。

表2 極限溫控器最高溫度隨風(fēng)機(jī)后循環(huán)時間延長的變化情況

由表2數(shù)據(jù)分析可知，延長風(fēng)機(jī)后循環(huán)時間能降低極限溫控器的最高溫度，可避免極限溫控器動作。由于極限溫控器的溫度是通過主換熱器傳遞過來，延長風(fēng)機(jī)后循環(huán)讓室外更多冷空氣進(jìn)入主換熱器并發(fā)生對流換熱，降低主換熱器的基礎(chǔ)溫度，雖然風(fēng)機(jī)后循環(huán)結(jié)束后燃燒室余熱仍然加熱主換熱器，但最終主換熱器的溫度仍會降低，進(jìn)而令極限溫控器的最高溫度降低。

風(fēng)機(jī)后循環(huán)時間延長4 min的極限溫控器最高溫度與風(fēng)機(jī)后循環(huán)時間延長5 min的極限溫控器最高溫度差異很小，考慮到風(fēng)機(jī)后循環(huán)時間過長會影響用戶使用體驗(yàn)，因此選用風(fēng)機(jī)后循環(huán)為4 min的控制邏輯較為合理。

3.2.2 風(fēng)機(jī)后循環(huán)30 s后，根據(jù)預(yù)設(shè)溫度啟動第二次風(fēng)機(jī)后循環(huán)，極限溫控器最高溫度情況

雖然延長風(fēng)機(jī)后循環(huán)能降低極限溫控器的最高溫度，但風(fēng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)帶來的噪音問題和耗能影響用戶體驗(yàn)。若在極限溫控器動作前，先讓主換熱器吸收一部分燃燒室余熱，風(fēng)機(jī)再次二次啟動，由于主換熱器表面與冷空氣的溫差被拉大，風(fēng)機(jī)相同的運(yùn)行時間下，其散熱效率更高，帶走更多熱量[3]。在極限溫控器處設(shè)有溫度探頭，考慮到極限溫控器動作溫度偏差為（95±3）℃，為避免極限溫控器誤動作，預(yù)設(shè)值定為90 ℃。當(dāng)極限溫控器處的溫度達(dá)到預(yù)設(shè)值90 ℃時，風(fēng)機(jī)第二個后循環(huán)啟動，分別按Nmin運(yùn)行，試驗(yàn)數(shù)據(jù)如表3所示。

表3 極限溫控器最高溫度隨風(fēng)機(jī)第二次后循環(huán)時間的變化情況

由表3和表2兩組數(shù)據(jù)對比分析可知，當(dāng)極限溫控器溫度到達(dá)90 ℃后再啟動第二次風(fēng)機(jī)后循環(huán)，相同風(fēng)機(jī)運(yùn)行時間下，極限溫控器最高溫度會降得更低。而極限溫控器溫度到達(dá)90 ℃后再啟動第二次風(fēng)機(jī)后循環(huán)3 min的最高溫度與表2直接延長風(fēng)機(jī)后循環(huán)4 min的最高溫度差異很少，考慮風(fēng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)帶來的噪音問題和耗能，因此選用極限溫控器溫度到達(dá)90 ℃后再啟動第二次風(fēng)機(jī)后循環(huán)3 min的控制邏輯較為合理。

4 結(jié)論

本文通過關(guān)閉供暖出、回水口處的閥門，在衛(wèi)浴工況熱平衡后關(guān)閉衛(wèi)生水，研究風(fēng)機(jī)后循環(huán)對衛(wèi)浴停水后非正常過熱保護(hù)的影響，并通過了試驗(yàn)驗(yàn)證，本文結(jié)論如下：

1）關(guān)閉供暖出、回水口處的閥門，在衛(wèi)浴工況熱平衡后關(guān)閉衛(wèi)生水，極限溫控器的溫度在關(guān)水瞬間遠(yuǎn)低于動作值，但隨著時間推移，極限溫控器的溫度逐漸上升，明顯高于動作值，觸發(fā)過熱保護(hù)。

2）關(guān)閉供暖出、回水口處的閥門，在衛(wèi)浴工況熱平衡后關(guān)閉衛(wèi)生水，水泵后循環(huán)僅作用于機(jī)器內(nèi)部，無法有效散熱，可通過延長風(fēng)機(jī)后循環(huán)能有效增強(qiáng)散熱，降低極限溫控器最高溫度。

3）關(guān)閉供暖出、回水口處的閥門，在衛(wèi)浴工況熱平衡后關(guān)閉衛(wèi)生水，第一次風(fēng)機(jī)后循環(huán)結(jié)束后，極限溫控器溫度達(dá)到90 ℃后再啟動第二次風(fēng)機(jī)后循環(huán)，相同風(fēng)機(jī)運(yùn)行時間下能更有效降低極限溫控器最高溫度。

綜合散熱效果和用戶體驗(yàn)感，把控制邏輯調(diào)整為第一次風(fēng)機(jī)后循環(huán)30 s結(jié)束后，檢測極限溫控器溫度，若溫度到達(dá)90 ℃時，啟動第二次風(fēng)機(jī)后循環(huán)3 min較為合理。