一種PTC組件加熱的熱水采暖爐熱效率的試驗與探討

楊計廷，劉婧，王會山，孫慶斌

（1.河北省產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗研究院，河北 石家莊 050227；2.河北宏天環(huán)保科技股份有限公司，河北 石家莊 050000；3.河北烽煊采暖設(shè)備制造有限公司，河北 晉州 052260）

隨著國家對清潔能源使用的推廣力度不斷加大，各類以電能為主能源或輔助能源的電采暖產(chǎn)品、設(shè)備應(yīng)用增加，特別是電熱水取暖產(chǎn)品迅速發(fā)展，采用PTC組件加熱的熱水采暖爐是目前流行的電熱采暖爐的重要類別之一，其熱效率更是其主要技術(shù)指標，直接反映了質(zhì)量水平的高低。本文對一種采用PTC組件加熱的熱水采暖爐進行了熱性能（熱效率）試驗與分析、探討。

1 產(chǎn)品結(jié)構(gòu)及主要特點

試驗樣機為某公司生產(chǎn)的一臺采用PTC加熱組件進行電加熱的采暖爐（以下簡稱設(shè)備），設(shè)備中的PTC加熱組件采用環(huán)抱循環(huán)水管的水電分離加熱結(jié)構(gòu)，被加熱的循環(huán)熱水管從加熱組件中間穿過，金屬管直徑25.4mm，加熱主體呈垂直狀態(tài)，采用下部回水上部出水方式，采用直徑15.2mm金屬管作為外部循環(huán)水管；PTC加熱組件安裝完成后加熱主體直徑約80mm，高度約420mm，PTC加熱組件外部初期未進行保溫處理，后期采用8mm厚度的聚酯保溫棉進行了封閉保溫處理；冷態(tài)加熱功率為8.02kW，穩(wěn)態(tài)加熱功率7.78kW，最高出水溫度可控制在55℃±3℃，出水溫度監(jiān)控測溫點布置在加熱管的出水端尾部，采用管外壁附著法（實際情況由于接觸不夠良好或穩(wěn)定，只能作為參考使用），采用了觸摸屏的模式進行溫度調(diào)控，觸摸屏設(shè)置有工作模式調(diào)整鈕，實際測試時調(diào)節(jié)至長期工作制，供電電壓為220V±10V（實際電壓波動小于5V），50Hz；電源連接線采用標稱截面積為4平方毫米銅制導線，實際測算截面積為3.96平方毫米；試驗時采用制造商原配的熱水循環(huán)泵，循環(huán)泵有三個揚程檔位分別為7m/9m/15m；功率為150W/250W/320W。

2 試驗散熱設(shè)施布置

試驗用散熱設(shè)施由2組柱式散熱器，1組熱交換器與1.2m×0.8m×0.8m的散熱循環(huán)水箱組合而成，由于是第一次對該類型設(shè)備進行熱效率檢測，散熱設(shè)施采取了既可串連運行，也可以并聯(lián)運行或混合運行的安裝方式，充分考慮了試驗過程中的循環(huán)水溫度調(diào)控、循環(huán)水流量調(diào)控的方便性、穩(wěn)定性問題，基本上滿足了試驗過程中要盡量確保循環(huán)熱水溫度的相對穩(wěn)定性問題；測試用循環(huán)主管路直徑為φ25.4mm，測試樣機放置在高于地面50mm的木制絕熱墊材上，樣機中心點距離周圍墻壁（普通磚混）約800mm左右，距離散熱設(shè)施主體約1500mm左右，電能測量儀表距離樣機800mm，電源測試線長度大于1000mm；測試場地為封閉式專業(yè)檢測室，空間尺寸為不小于15m×10m×3.5m，單面墻體開窗2個，尺寸為1m×1.8m，實驗過程中兩個窗戶開啟角度均不大于30°，實驗室門為關(guān)閉狀態(tài)。

3 試驗儀器及傳感器布置

在距設(shè)備主體不遠于100mm處分，別將測溫傳感器探頭采用埋入方式置于循環(huán)管（包括回水管、出水管）內(nèi)部近似軸線位置，流量測量采用某公司生產(chǎn)的電磁流量計，安裝于設(shè)備回水管路上。在距設(shè)備主體不遠于1000mm處放置風速傳感器和環(huán)境溫度監(jiān)控儀表，在散熱器末端安裝有放氣閥及壓力傳感器用于監(jiān)控內(nèi)部壓力及偶然性過壓力釋放。溫度測量儀表準確度為0.01℃，流量傳感器測量準確度為0.001m3，壓力傳感器準確度為0.001MPa，風速傳感器分辨率為0.1m/s。

表1

表2

4 試驗過程及檢測數(shù)據(jù)

（1）試驗方案簡述。

根據(jù)設(shè)備的自身和檢測試驗的實際情況，本次預(yù)先擬定在2種熱水循環(huán)速度下各進行3次試驗和測試，采用散熱水箱+散熱器作為散熱裝置（為便于進行流速調(diào)節(jié)而設(shè)置），循環(huán)水流量分別設(shè)置為1.0m3/h、1.2m3/h，流量偏差均控制在0.05m3/h范圍內(nèi)。每次測量均使被試設(shè)備及循環(huán)水溫處于常溫后再重新運行，每次啟動試運行時間均不小于40min，當出水及回水管溫度變化小于1℃/10min時，開始進行正式測量，每次測量時間為40min。

（2）試驗數(shù)據(jù)監(jiān)控及記錄原則如下。

①流量采用累積計量方式，每間隔5min監(jiān)控一次循環(huán)水流速變化情況，確保流速穩(wěn)定在與設(shè)定值的偏差不大于其5%的范圍內(nèi)；

②電能消耗亦采用累積計量方式，每間隔5min觀察一次電壓、電流及功率變化情況，試驗結(jié)束時記錄電能消耗值；

③循環(huán)出水和回水溫度每隔2min記錄一次，試驗結(jié)束時分別取其平均值進行計算。

（3）試驗數(shù)據(jù)如下。

①試驗循環(huán)水流速為1.0m3/h±0.05m3/h，室溫：22.5℃時，測試情況詳見表1；

②試驗循環(huán)水流速為1.2m3/h±0.05m3/h，室溫：22.5℃，測試情況詳見表2；

③綜合熱效率按下式進行計算：

η=100×[4.186·k·ρ（t2-t1）×1000V]/3600E

式中含義：

η——效率，%；

t——溫度，℃；

t2——出水平均溫度，℃；

t1——回水平均溫度，℃；

k——流量校正系數(shù)（采用插入法對流量計測試/校準證書中的流量校準數(shù)據(jù)進行換算），%；本次試驗取值為1.122。

ρ——水密度校正值，%；本次試驗取值為0.988；

E——試驗消耗電能，kW·h；

V——熱水流量體積，m3。

5 結(jié)語

通過對產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、試驗狀況及試驗數(shù)據(jù)分析和研究可知，對于采用PTC加熱組件的電熱水采暖爐，當其安裝結(jié)構(gòu)、循環(huán)管路設(shè)計及管徑相同時如下。

（1）在相同循環(huán)熱水流速和散熱條件下，當循環(huán)熱水出水溫度升高時，熱效率有下降趨勢。

（2）在基本相同循環(huán)熱水出水溫度和散熱條件下，循環(huán)熱水流速增大時熱效率有增大趨勢。

（3）對于該類產(chǎn)品，如果在加熱部件安裝結(jié)構(gòu)設(shè)計、循環(huán)管路設(shè)計及管徑匹配，循環(huán)泵選擇匹配等方面進行優(yōu)化，其綜合熱效率（輸出熱水能與消耗總電能之比）大于95%甚至更高是完全有可能的。