冷凝式燃气快速热水器整体性能的研究

摘要

在国家政策的大力扶持以及能源消费结构不断优化的背景下，我国的天然气事业正处在辉煌发展期，每年的表观消费量以超过10％的速度增长，居民用气量的比例也随之在逐年攀升。燃气热水器凭借其安全、快捷地为人们提供生活热水的特点，已进入千万家庭，成为一种日常家用电器。伴随着人们思想认识水平的不断提高，作为热水器行业的新贵，冷凝式家用燃气快速热水器以其节能、高效、环保的优势被认为是热水器行业未来发展的趋势，得到了社会的广泛认可。
　　本文对冷凝式燃气快速热水器的整体性能研究是建立在热水器冬、夏季工况大量试验的基础上开展，主要围绕热水器的供水系统、燃烧换热系统、排烟系统的关键指标与关键因素做了定性与定量的评价，特别是针对热水器的主换热器与冷凝换热器的换热特性做了大量工作。本文分析总结了一些热水器的关键性能参数及其变化规律，并提出了一些改良意见，可为冷凝式燃气快速热水器生产行业提供一定的参考借鉴。本文所做的主要研究有：
　　①对冬、夏季工况整体热效率的研究，得出冬夏季热水器热效率的整体表现，分析热负荷、过剩空气系数与水流量对热效率的影响，发现在进水流量为7.93L/min、中低负荷时热效率最优，风机对风量的调节范围较窄，若拓宽风量调节范围，热水器整体性能表现将得到提升。
　　②研究供水系统的流体力学特性，得出水流量随压力变化的特征曲线。
　　③对主换热器进行传热计算，得出冬、夏季工况下的综合传热系数、烟气侧对流换热系数、主换热器效率。综合传热系数与烟气侧对流换热系数随各因素的变化相似，都是随水流量的增大而增大，水流量达到8L/min后保持平稳。综合传热系数随热负荷的增大而增大，随过剩空气系数的增大而减小，冬季工况时的综合传热系数能达到0.12kW/(m2·℃)，夏季工况最高约为0.1kW/(m2·℃)，但在相同负荷相同流量下的主换热器的综合传热系数较为接近。
　　④热水器总效率随主换热器效率的增大基本呈增大趋势。所有试验工况点的主换热器效率值都在83.9%以上，在大水流量下主换热器效率相对较低。相同水流量下，夏季工况时的平均主换热器效率值要高于冬季工况。
　　⑤冬季工况时的冷凝换热器性能表现要优于夏季，在相同水流量下，冬季工况的冷凝换热器效率平均值最高比夏季多了34%。冷凝换热器效率随水流速的增大呈波动状态，在较低水流速时，效率较低。冬季工况下冷凝换热器内水流速在0.15m/s，效率值较高；夏季工况时，冷凝换热器效率随水流速的增大，性能逐渐提升。要保持冷凝换热器效率值在30%以上，供水压必须大于0.1MPa。
　　⑥总效率随冷凝换热器效率的增大呈增大趋势，冬季工况时冷凝换热器效率值在65%~75%内，总效率处于较高水平；夏季工况则是在32%～45%，总效率较优。
　　⑦减少主换热器水侧1/5的换热面积后，主换热器效率平均降低3.1%，冷凝换热器换热比例升高1%，冷凝换热器效率平均提高了8.2%，所有试验点工况的热水器总效率保持在88%以上。

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目录

1 绪 论

1.1 研究背景

1.2 国内外研究现状

1.3 主要研究内容及意义

2 冷凝式燃气热水器理论节能分析

2.1 影响热效率的主要因素

2.2 理论热效率的计算

2.3 理论节气率

2.4 提高燃气热水器效率的途径

2.5 本章小结

3 测试实验

3.1 试验平台的设计

3.2 测试内容

3.3 测试方案

3.4 测试过程

3.5 整机热效率分析

3.6 水系统流量压力特性分析

3.7 本章小结

4 燃烧换热系统分析

4.1 主换热器换热性能分析

4.2 冷凝换热器换热性能分析

4.3 变负荷状态下的过剩空气系数分析

4.4 热水器噪声测定及分析

4.5 本章小结

5 两级换热试验与分析

5.1 冬、夏季工况两级换热分析

5.2 冷凝换热器换热能力探究试验

5.3 试验结果分析

5.4 本章小结

6 结论及展望

6.1 结论

6.2 展望

致谢

参考文献

附录

A. 作者在攻读硕士学位期间发表的论文

B. 冬季工况试验数据

C. 夏季工况试验数据

D. 冬季工况数据计算

E. 夏季工况数据计算