家用燃氣快速熱水器受熱面的優化探討

摘要：本文通過測定對流及輻射受熱面吸收熱量，分析現有的受熱面吸熱改善措施，并計算輻射吸收熱量，提出熱水器受熱面優化設計方案。測試結果表明，采用加強燃燒的方法，提高燃燒室容積熱負荷可以改善熱水器受熱面吸熱率低問題。

關鍵詞：熱水器;受熱面;加強燃燒

一、家用燃氣快速熱水器受熱面熱量吸收測定

據研究表明，環境溫度、受熱面沾染、火焰輻射特性不同，對熱力設備受熱面吸熱影響較大[2]。當選取相同的受熱面材料時，通過調整布設方案可以提高熱量吸收率。考慮到熱水器吸熱受熱面由對流和輻射兩項因素組成，所以，本文分別對這兩項因素受熱量進行測定。

選取1臺參數為10L/min，負荷為20kW的熱水器作為實驗裝置，測量肋片管和盤管中冷水吸收的熱量，而后不考慮盤管，利用肋片管開展單因素實驗，測量肋片管吸收熱量大小，根據熱負荷和水吸收熱量數值，可以計算出熱效率。

1、對流受熱面吸收熱量的測定

在此實驗中，對流受熱面所用材料占總受熱面材料用量的比例為56.8%，吸收熱量占比為85.8%，推算出比吸熱量大小為45.2MJ/kg﹒h。

2、輻射受熱面吸收熱量的測定

輻射受熱面使用材料0.48kg，其占據總材料的比例為43.2%，測得吸熱量數值為4.7MJ/h，吸熱量占比為14.2%，此部分吸收熱量大約占總受熱面的比例為1/4.6。

通過上述測定結果可知，當前設計的家用熱水器對流與輻射受熱面吸收熱量的能力比較薄弱，反映出經濟性較差問題，必須對換熱器受熱面問題進行探究，對其進行優化處理，從而達到提高資源利用率，減少熱量損耗的目的。

二、現有的受熱面吸熱改善措施及輻射吸收熱量的計算

1、現有的受熱面吸熱改善措施

針對輻射受熱面吸收熱量問題，本文通過總結輻射吸收量計算方法，為吸收熱量問題探究提供計算工具，便于數據分析工作展開，更加明確的認識到受熱問題根源所在，從而為受熱面優化設計奠定基礎。如圖1所示為熱水器受熱面布置圖。

熱水器燃燒室內部，主要采用輻射方式傳遞熱量Q，燃燒室內壁面接收到熱量后，將其劃分為兩部分，其中一部分作為盤管輻射熱量，記為Q1，用于冷水加熱，另外一部分熱量作為燃燒室外壁面輻射熱量，記為Q2，在加熱過程中部分熱量會散失在冷空氣中[3]。由此可知，Q1為有用熱，而Q2部分熱量為無用熱，出現了較為嚴重的能量損耗問題。為了解決此問題，常用的方法是在燃燒室外壁面涂抹絕熱層或者粘貼金屬箔片，另外，通過焊接燃燒室壁面和盤管也可以增加Q1有用熱。以上這些常用措施的使用，雖然可以增加熱量使用效率，但是大幅度降低了熱水器外殼溫度[4]。通過測試可知，改善前散熱損失大約為5%，改善后散熱損失大約為2%。

2、輻射吸收熱量的計算分析

通過觀察表1中的測試結果可知，JSQ20-A2型熱水器通過加強燃燒，燃燒室容積熱負荷、熱水產率有所提高。在無受熱面情況下，熱效率僅下降了4%。通過增加受熱面面積增加8-10%的熱效率，便可以恢復整機熱效率。恰當的受熱面面積，有助于改善熱水器受熱面吸熱率低的需求。

總結

本文圍繞家用燃氣快速熱水器受熱問題展開研究，通過分析現有的受熱面吸熱改善措施，并計算輻射吸收熱量可知，熱水器熱損耗問題突出，需要從布設上進行改善。針對此問題，采用強化燃燒處理方法，提高燃燒室容積熱負荷，實現熱水量提升。測試結果表明，采用加強燃燒方法，可以改善熱水器受熱面吸熱率低問題。

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作者簡介：

吳鵬成 ?學歷：本科。

（作者單位：廣東萬家樂燃氣具有限公司）