燃氣熱水器原理解析:什么是燃氣熱水器的分段燃燒、氣水雙調、水量伺服?
因為我們公司的業務主要是鍋爐(兩用爐、系統爐和采暖熱水二合一鍋爐)和水箱,都和生活熱水相關,因此在工作中,也不斷有朋友問生活熱水相
因為我們公司的業務主要是鍋爐(兩用爐、系統爐和采暖熱水二合一鍋爐)和水箱,都和生活熱水相關,因此在工作中,也不斷有朋友問生活熱水相關的問題,陸陸續續我在知乎上也寫了很多的文章,下面是具體的相關文章鏈接,供大家參考。
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關于生活熱水的問題中,很多時候,很多時候大家會問起燃氣熱水器的三個技術:氣水雙調、水量伺服,以及分段燃燒。 這三個技術都有助于提升燃氣快速式熱水器的溫度控制性能。 所以朋友們問起燃氣快速式熱水器與壁掛爐兩用爐的熱水性能對比和選擇,以及如何在快速式熱水器和生活熱水水箱這樣的容積式熱水器選擇,這三個問題的時候常常都會涉及到這兩個問題。 今天我就用相對通俗的語言來給大家解釋一下這個問題。
首先要說明的是分段燃燒、氣水雙調和水量伺服,這幾個詞匯都是具有一定銷售性質的語言,有時候不同廠家用同一個詞,可能會有一點差異。 我只能說,就我看到的主流的廠家,使用這三個詞匯時,所指的技術。
首先對于普通的燃氣熱水器,其構造原理圖如下,非常簡單。就是進水上一個水流開關,給控制器一個信號,燃氣熱水器點火,然后控制器控制燃氣閥開度大小,來控制水溫。 當然也有可能會用流量傳感器,但是只是測量一個啟動流量,水流量并不參與控制,只是負責啟停燃燒。

那么分段燃燒呢,就是把原來由一個燃氣閥改成了兩個燃氣閥甚至更多,這樣就可以提供更低的最小功率和更寬廣的火力調節范圍,原理圖如下。 如果兩個燃氣閥都關到了最小,水溫還是控制不住,那么索性關掉一個燃氣閥,只用一個燃氣閥來調節,這就是所謂的分段燃燒。

氣水雙調本質上是在原有熱水器溫控的基礎上,增加了一套獨立的自力式溫控措施(本質上屬于比例式的控制 P控制),通過限制和改變通過熱水器的流量,來提高熱水器出水溫度的穩定性。這套自力式溫控措施,通常使用記憶合金,利用記憶合金在不同溫度下的形狀改變,來調整通過熱水器的水量,從而間接地改善了熱水器出水溫度的穩定性。 原理圖如下:(注意,為了表達清楚,這只是原理圖,每個廠家的實際結構可能會有差異)

水量伺服,其原理上,是在原有的PID(比例積分微分)或者PI(比例積分)的閉環水溫控制中,額外增加了一個開環的前饋控制,將水量變化,引入到水溫控制中,從而提高燃氣快速熱水器的溫控精度。 原理圖如下:

理論說完了,里面設計到的自控專業詞匯 (比例積分微分控制、比例積分控制、比例控制、前饋控制),大家可在知乎自行檢索,我就不贅述了。 那我們怎么用通俗的語言來解釋了,用個也許不是特別恰當的類比吧(在類比里,我會在括號中對應說明熱水器中的相應原理和部件)。
我們把熱水器控溫的過程,比作一個大爺在開車,對大爺的要求是用油門(燃氣閥)來控制車速(水溫),但是呢,碰巧這個車是個肉車,也就是踩了油門,要等一下車速才能上去,收油門也是一樣,車速要等一下才能慢下來 (由于快速式燃氣熱水器的結構特性,他的換熱器具有一定的水容積和金屬,帶有一定的熱容,也就是具有一定的惰性和遲滯,燃氣量變大變小,水溫變化要稍微遲一點)。
正常開平路的時候(水流量恒定的時候),大叔開得穩得很(水溫非常穩定),但是路上難免有個上坡(水量變大)或者下坡(水量變小),這時候大爺由于開了輛肉車,油門和車速之間有個時間差(快速式熱水器的結構特性,遲滯),尤其是上下陡坡(水流量變化比較大),速度控制就會有點問題,不夠精確(溫度波動)。
那么氣水雙調的工作原理是怎么樣的呢?氣水雙調派了個鐵憨憨,在車前頭拿著木板、鏟子和泥土,給你鋪路,你不是下陡坡(水流量變小)嗎?我給你把路墊平點(增大水流量),這樣你就不用收油門了(減小燃氣量)。 反之,如果上陡坡(水流量變大),我也把路給你墊平點(減小水流量),這樣你就不用猛加油門了(增大燃氣量)。 這么一說,大家是不是覺得為啥我說氣水雙調是有點鐵憨憨的意思了,如果水流增大或者減小是由于外界因素,例如水壓變化造成的,這么做也沒問題。 但是如果是用戶自己想要水更大一點呢?比如花灑開大一點,那么這個鐵憨憨的做法就顯得有點不合理,有點笨。
水量伺服,就稍微好一點,它是怎么做的呢,它給大叔派個眼睛好使的妹子作為副駕(流量傳感器),遠遠地看到下坡(提前感知到水流減小)就提前通知大爺,早點收油門(減少燃氣量),而且還告訴油門大概要收多少,搞點提前量出來,真到了下坡的時候,速度就不會超(水溫過高)。 反之亦然。
說完這段,估計大家明白了,眼睛好使的妹子,肯定是要比鐵憨憨強一點的,或者說聰明一點的。 不知道我這個類比,大家覺得怎么樣,能把氣水雙調和水量伺服說清楚嗎?
那么延伸一下,快速式燃氣熱水器的熱水更舒適,還是燃氣兩用壁掛爐的熱水更舒適?我個人看法是那兩種具體產品比較:
- 如果是普通兩用爐和普通燃氣熱水器,他們的熱水溫度控制精度應該在一個等級上。
- 不過要指出的是,很多非冷凝普通兩用爐,其最小功率過大,就是油門沒法收很小,在碰到下坡路(夏季,自來水溫度比較高,或者流量很小的時候),車速就會過快(熱水超溫),如果拿這個產品和采用分段燃燒的燃氣熱水器,夏季的溫控精度和熱水恒溫控制肯定是要差一點的。
- 如果是冷凝爐就好很多,熱水溫度控制精度和分段燃燒的燃氣熱水器差不多。
在燃氣熱水器的三種技術中,如何評價呢?
- 我個人認為分段燃燒是最有價值的,是屬于雪中送炭級別的。
- 其次是水量伺服,可以叫做錦上添花。
- 氣水雙調并非是一個理想的方案,你說它畫蛇添足也不算過分
- 最后補一刀的是,就算把控制做得再好,快速式熱水器在熱水舒適性上還是有局限性,尤其是水溫的穩定性方面天然地弱于容積式熱水系統,水溫控制得再好,也沒有提前燒好一包水在那里來得穩定;同時短時大流量供水上也受到最大加熱功率的制約。但容積式熱水系統和快速式(即熱式)熱水系統也是互有優缺點,也需要根據具體情況定。
如果需要給一些推薦性的建議的話,在使用燃氣作為能源的前提條件下:
1. 中小戶型:
- 沒有采暖需求的,建議選擇帶有分段燃燒功能的燃氣熱水器,至于水量伺服,屬于錦上添花。
- 有采暖需求的,建議采用冷凝兩用爐(可同時改善采暖和熱水的舒適性和經濟性)或者帶有分段燃燒功能普通非冷凝爐(可改善熱水舒適性)
2. 大別墅:
- 沒有采暖需求的,但熱水需求強的,可以選擇帶有分段燃燒功能的大功率燃氣熱水器,或者容積式燃氣熱水器。
- 有采暖需求的,我建議采用鍋爐加水箱的形式。
3. 至于介于兩者之間的聯排或者大平層,需要根據房屋的具體情況和客戶的需求,根據事情情況選擇,在以上提到的解決方案中靈活選擇。 :
- 總體上,如果熱水需求強,同時有采暖需求的,就更偏鍋爐加水箱。
- 如果空間小,熱水需求弱,同時有采暖需求的,就更偏燃氣熱水器一些。
好了,這就是一點關于燃氣熱水器的簡單科普文章,補上了我以前關于熱水文章中的一個缺環。 文章有點長,感謝看到這里的朋友,喜歡的話就
這就是今日份的閑聊,我是愛瞎打比方的鳥叔。
2021 隨筆
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