燃气壁挂炉
一种以天然气为能源的热水器
燃气壁挂炉(Wall-Hung Boiler),又称燃气两用炉,是一种以天然气为能源的燃气壁挂式采暖炉,属小型锅炉的一种,其国家标准名称为“燃气采暖热水炉”,由于挂在墙上又叫燃气壁挂炉,具有家庭中央供暖功能,满足多居室采暖、热水沐浴等需求,此外,燃气壁挂炉也可为商业、工业、公共设施等领域的不同场所提供恒温恒湿、清洁舒适的供暖和用水服务。
壁挂炉起源于20世纪50年代的欧洲,最早是由大锅炉改造而来,其控制性能和安全性较差;但经过40年的发展,以天然气为能源,日常供暖和生活供水两用的普通燃气壁挂炉应运而生。燃气壁挂炉不是传统意义上的燃气热水器,与热水器有着本质的区别。它由燃烧系统、换热系统、控制系统、水循环系统以及各种安全保护装置组成,当燃气壁挂炉的锅炉感知到有采暖需求时,通过燃烧系统点火,燃烧燃气产生大量的热,被换热系统传递到水循环系统中,再由水循环系统将传热到全屋。
从品类上来看,壁挂炉可以分为普通壁挂炉、冷凝壁挂炉和低氮壁挂炉。其中,冷凝壁挂炉作为壁挂炉中的高端产品,其能耗更低,环保指标更好。2020年全球壁挂式锅炉市场规模约为100亿美元,预计到2026年将达到140亿美元,复合年增长率为5.9%。欧洲、亚太地区是燃气壁挂炉的重要市场。北美地区因供暖方式和消费习惯差异、中东和非洲地区因经济水平和基础设施的限制,壁挂式锅炉市场较小。此外,新技术(冷凝/低氮)应用、智能化和环保化已成为燃气壁挂炉未来的发展趋势。
历史发展
壁挂炉起源于20世纪50年代的欧洲,是由大锅炉改造而来,控制性能差,安全功能较少。
20世纪70年代后,出现以内燃式和炮筒式结构为特点的第二代产品。对于控制及安全功能方面有了较大的改善,但是产品的可维护性差。
20世纪90年代开始,出现以炉排式结构为特点的第三代产品,在自动控制和安全功能上有了质的变化,结构更加合理,燃烧性能大大提高,主要是采用了密闭式循环结构及比例调节式燃烧控制,使舒适与节能达到完美的结合。20世纪90年代末期,燃气壁挂炉开始进入中原地区
进入21世纪,近二十年来,随着节能环保要求的提高,出现以全预混燃烧冷凝式为特点的第四代产品,在燃烧性能上利用燃气与空气提前按比例混合后进入燃烧腔内进行燃烧,同时降低烟气的排放温度,把蒸汽中的潜热吸取出来,提高产品的热效率
结构组成
燃气壁挂炉主要由燃烧系统、换热系统、控制系统、水循环系统以及各种安全保护装置组成。
燃烧系统
燃烧系统由供气模块、点火模块和燃烧模块三部分组成,其中供气模块包括气阀减压阀、喷嘴等;点火模块包括电控点火器火花塞等,用于点火产生火苗;燃烧模块包括燃烧器燃烧室和风道等,将燃气燃烧后产生的热能传给换热器
换热系统
换热系统由热交换器和烟气管道组成,将燃烧后产生的烟气通过烟气管道排出室外,同时热能通过热交换器传递给待加热的水或空气。
控制系统
控制系统包括主控板和各种传感器,主要作用是控制燃气的供应,控制供水和循环系统的运行状态,调节室内温度等。同时,也对壁挂炉运行时各种故障进行监测,及时报警并停机,确保安全运行。
水循环系统
水循环系统由水泵阀门水箱、水管等组成。在燃烧完成后,热交换器将燃气产生的热能传给水,水被送入管道进行循环,将热能传递给采暖散热器或热水龙头,达到供暖和生活用途。同时,循环系统也进行了全面的防冻措施,确保在低温环境下的正常运行。
安全保护装置
安全保护装置包括熄火保护、过热保护、缺水保护、漏电保护等安全保护装置,保证壁挂炉的安全运行。
功能原理
燃气壁挂炉的锅炉处于待机工作状态下,当锅炉感知到有采暖需求时,风机启动,开始30s的"前吹扫",形成燃烧仓负压,空气进入燃烧仓:风压差开关启动,打开燃气电磁阀,燃气进入燃烧仓与空气预混;循环水泵开始工作。同时点火电极开始放电形成电弧将燃气点燃,燃气燃烧后火焰将主冷却器中的锅炉炉水加热用于热交换,循环水泵将热水送出与二次系统热交换用于采暖或供热。当有生活热水需求时,生活热水流量开关启动并切换电磁三通阀,锅炉炉水通过换热器将生活热水换热,然后供应生活热水。
燃气壁挂炉具有强大的家庭中央供暖功能,能满足多居室的采暖需求,并且能够提供大流量恒温卫生热水,供家庭沐浴、厨房等场所使用,经济实用。同时,由于其体积小巧,安装灵活,不占用地面空间,也符合现代家居的美观和节省要求。
技术指标
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特点
优点
(1)一机多用:既可供暖,又可供应生活热水,可为用户节省购买热水器的投资,同时利用燃气供应生活热水,加热速度快,可随时满足用户的需求,这比电热水器有着明显的优势。
(2)安装方便:可安装于厨房或阳台,不占用厨房的使用面积,所占的空间也很小。一台供热量为2万kcal/h的壁挂炉所占的空间体积不足。
(3)自动调温:白天家中无人的情况下,可降低室内设定温度,最大限度地节省运行费用。
(4)安全可靠:壁挂炉都设计了安全保护装置,可保证用户的安全使用。
(5)无热网输送损失:供暖系统启动快,舒适性好。
(6)供热效率高:现有壁挂炉热效率能够达到90%以上,冷凝式壁挂炉可达到105%,而集中供热总效率仅能达到50%左右。
(7)污染小:燃气壁挂炉所用能源为煤气、液化石油气、天然气,是洁净能源,对大气造成的污染比集中供热造成的污染大大降低。
(8)收费方便:根据用气量和用电量收费,收缴容易。
缺点
(1)应用环境有局限性:系统中的许多设备的安装都有距离的要求,而这一切需要在燃气壁挂炉的安装设计中注意克服这些问题,所以说壁挂炉并非适用于所有的应用环境和使用条件。
(2)故障率偏高:集成化程度高也意味影响锅炉稳定工作的不确定因素多,所以壁挂炉要求集成件的质量更高。由于壁挂炉的集成度高,它的故障率也要比铸铁落地炉高许多,通常壁挂炉设计寿命只有10~15年。
(3)维护成本高:许多部件都是集成化的,所以换件、维修成本较高,所以配件通用程度极低。
(4)动力损耗较大:高度的集成化也使得壁挂炉自身的压损较大,壁挂炉内置泵的动力被壁挂炉自身消耗了许多。
(5)对燃气的气质和压力要求较高:壁挂炉部件非常精密,对使用燃气的气质和压力都有较高的要求。
分类
按热效率和排放标准分类
按照燃气壁挂炉的热效率和排放标准,可以分为普通壁挂炉、冷凝式壁挂炉和低氮壁挂炉三种类型。
普通壁挂炉
普通壁挂炉是指热效率在90%以下,排放标准为国四或以下的壁挂炉。普通壁挂炉的优点是价格相对低廉,安装简单,适合一般家庭使用。缺点是能耗较高,环保性能较差,使用寿命较短(一般为10年左右)。
冷凝式壁挂炉
冷凝式壁挂炉是指利用冷凝技术,将燃气燃烧产生的水蒸气的潜热回收利用,从而提高热效率的壁挂炉。冷凝式壁挂炉的热效率可达100%以上,比普通壁挂炉节省约20%~30%的能源消耗,同时,冷凝式壁挂炉也可以降低二氧化碳、一氧化碳、氮氧化物等有害物质的排放量,排放标准为国五或以上。冷凝式壁挂炉的优点是能耗低,环保性能好,使用寿命长(可达20年以上)。缺点是价格较高(一般在1万元以上),安装要求较高,需要专业的排水系统和防腐措施。冷凝技术已经在欧洲等发达国家和地区得到广泛的应用和推广,而在中国等发展中国家和地区还有较大的发展空间和潜力。
低氮壁挂炉
低氮壁挂炉是指采用先进的低氮燃烧技术,有效降低氮氧化物等有害物质的排放量的壁挂炉。低氮壁挂炉的排放标准为国六或以上,是目前最环保的壁挂炉类型。低氮壁挂炉的优点是符合国家对清洁能源的要求,有利于改善空气质量,受到政策和市场的支持。缺点是价格较高(一般在1.5万元以上),技术难度大,维修成本高。低氮技术主要包括低氮燃烧器、低氮换热器、低氮控制系统等,它们可以实现对燃烧过程的精确控制和优化,提高燃烧效率和稳定性,降低排放浓度和温度。低氮技术已经在欧洲等发达国家和地区得到广泛的应用和推广,而在中国等发展中国家和地区还有较大的发展空间和潜力。
按主热交换器分类
套管式
性能稳定,制造成本低,质优价廉。
板换式
造价高于套管式机型,其生活热水温度更稳定,特别适合于普通家用。
冷凝式
技术先进,热效率高,CO排放极低,非常节能、环保,但造价高昂。
按功能分类
即热型(瞬间式加热)
即热型燃气壁挂炉包括套管换热机型和板式换热机型。其中,套管机相对造价较低,俗称"工程机1",主要应用于工程项目;板式换热机型是当前最广泛应用的主流机型。
蓄热型(容积式换热、蓄热)
蓄热型燃气壁挂炉包括内置式换热水罐和外置式换热水罐,适合别墅或花园洋房等较大面积并有多卫浴间的高档住宅或有大流量生活热水需求的客户使用。
应用领域
燃气壁挂炉具有强大的家庭中央供暖功能,能满足多居室的采暖需求,每个房间可以自主控制、选择不同的温度 ;它还可以用于家庭日常热水洗浴,这是一种非常舒适、恒温、大水量的现代沐浴形式,相当于家庭洗浴中心,其舒适性、对生活品位的提高不是一般的热水器、电热水器和太阳能热水器可比拟的。此外,燃气壁挂炉还可以满足商业或公共场所,比如酒店、宾馆、医院、学校等的采暖与热水需求。
使用相关
选购技巧
根据自己的房屋面积选择
选购壁挂炉应根据房屋面积大小、结构、建筑材料的不同,选购是否需要同时供热水及气种来选择合适的壁挂炉。一般先通过房屋面积来大致计算选择哪种功率的壁挂炉。计算公式如下:
供热功率 = 房子的建筑面积×65%×150w
比如,一套100平方米的房子,考虑壁挂炉热效率一般在90%左右,再加上平时生活热水需求,选择一个14-16kw的燃气壁挂炉就比较合适了。
品牌和节能性
看重品牌和节能性,可以保障安全售后问题的处理,还可以降低成本消耗。一般壁挂炉使用寿命在15年以上,如果没有良好的服务保障,后果不堪设想。
零部件配置情况
通过壁挂炉内的零部件配置情况,来确定选购。如欧洲进口零部件,质量,其价格就较高,一般在5000-10000元左右,各方面性能好,安全节能有保障。
安装调试
安装
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调试
1.给系统注水,打开各暖气片上的排气阀及水泵上的自动排气阀,直至水压1Bar,查看所有管道连接是否有漏点;打开水龙头,查看所有管路连接是否有漏点;  
2.接上电源插座,打开燃气开关;  
3.打开前面板;  
4.第一次点火,  
①将模式选择旋至夏季,打开水龙头,观察电子打火及点火;
②调节水流量、调节热水温度控制,观察火焰是否有变化及变化情况:水量大则火焰大;温度调高则火焰大,温度调低则火焰变小;
③将模式选择旋至冬季,观察电子打火及点火;让机器工作一段时间后,调节采暖温度控制,观察当调低时,火焰是否变小直至熄灭;调高温度时,机器是否会重新启动;
④打开水龙头,看看是否有热水流出,调节水流量、调节热水温度控制,观察火焰是否有变化及变化情况:水量大则火焰大;温度调高则火焰大,温度调低则火焰变小;  
⑤当机器大功率燃烧时,可以用明火查看一下是否有燃气泄漏。  
如果安装时发现气质不对,而且没有换机器时,则需要在第一次点火之前更换配气管上的喷嘴,并且点火后要调节燃气输出的最大、最小压力。
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维护与保养
燃气壁挂炉经过长时间运行后,会在冷却器内部尤其是热水换热器内部产生水垢,另外,在燃烧系统中会存留燃烧产物,例如换热器表面、风机内部、文丘里管等。所以,壁挂炉与汽车类似,需要定时清洁保养,否则,会降低壁挂炉的使用寿命,增加故障率。一般在每年采暖季结束以后,下一年采暖季开始之前,进行一次维护。
常见问题
生锈腐蚀
如果当地水质不好,本身有弱腐蚀性,和铁发生化学反应会形成黑锈(四氧化三铁为主)。如果有局部漏气,导致空气中的氧气进入系统,会更容易形成红锈(氧化铁为主)。双(多种)金属共同作用会形成电解腐蚀。黑锈和红锈大量的产生,会导致采暖散热器系统部件(包括壁挂炉泵)失灵、损坏。黑锈和红锈的多少证明腐蚀的严重程度。
淤结水垢
水垢的产生在水质硬的地区。由于水中富含钙、镁离子,导致系统各处很容易结水垢。水垢的最主要成分是碳酸钙,是加热硬水时产生的,水垢最容易产生在系统中最热的部位,也就是壁挂炉内,特别是换热器上。水垢会降低热传导,使得燃烧热量不能迅速地在换热器与水之间进行热交换,大量的热量通过烟道被排出,导致花费较多的燃气费用。据统计,每增加1mm厚度的水垢,会浪费10%的燃气。
发展趋势
据尚普咨询集团数据显示,2020年全球壁挂式锅炉市场规模约为100亿美元,预计到2026年将达到140亿美元,复合年增长率为5.9%。除了欧洲之外,亚太地区也是一个重要的市场,尤其是中国、日本韩国等国家。北美地区由于供暖方式和消费习惯的差异,壁挂式锅炉市场较小。中东和非洲地区由于经济水平和基础设施的限制,壁挂式锅炉市场也较小。
全球市场驱动因素
全球对节能和减排的政策支持和社会责任感,促进了高效、环保、可再生能源等技术的发展和应用;全球对舒适和健康生活方式的需求提升,以及对传统供暖方式的不满意,导致了对壁挂式锅炉等现代供暖设备的需求增长;全球锅炉行业的技术创新和产品升级,如智能化、数字化、模块化、个性化等,提高了锅炉的性能和用户体验;新冠疫情的影响,使得全球居民更加重视家庭供暖和用水的质量和安全性,增加了对锅炉的更换和维护需求。
全球市场挑战因素
新冠疫情的影响,造成了全球经济的衰退和消费者信心的下降,影响了锅炉市场的需求和投资;全球对清洁能源的推广,如电力、太阳能生物质等,增加了锅炉市场的替代品和竞争压力;全球锅炉行业的市场饱和度较高,以及锅炉产品的寿命较长,限制了锅炉市场的增长空间;全球锅炉行业的法规和标准不断变化和提高,给锅炉企业带来了更高的成本和风险。
技术创新和产品升级因素
燃气壁挂炉行业还受到技术创新和产品升级的影响和驱动,主要包括以下几方面:
冷凝技术应用:壁挂炉行业既面临行业快速的更新换代,又面临消费者消费升级和消费降级的两极分化结构。在双碳政策下,全预混冷凝产品有比较大的竞争力,有望逐渐替代普通壁挂炉。
智能化技术应用:智能化技术主要包括智能控制系统、智能互联网系统、智能诊断系统等,它们可以实现对壁挂炉的远程控制、监测、调节、维护等功能,提高壁挂炉的安全性、可靠性、舒适性和便捷性。
环保化:燃气壁挂炉将会越来越环保,采用更加先进的燃烧技术,减少氮氧化物等有害物质的排放,保护环境和人类健康。
标准规范
燃气壁挂炉作为新型取暖设备,国家制定了一系列的标准规范,对于燃气壁挂炉的性能、安全性、环保性等方面进行了规定。其中,代表性的标准有以下几项(以最新标准为准,且不仅限于以下标准):
1. 《燃气采暖热水炉》GB25034-2020
该标准规定了燃气采暖热水炉的安全要求、环境要求、性能要求、试验方法和标志要求等方面的内容,旨在确保燃气采暖热水炉的安全、可靠、高效运行。
2.《家用燃气快速热水器和燃气采暖热水炉能效限定值及能效等级》GB 20665-2015
该标准规定了家用燃气快速热水器(含冷凝式家用燃气快速热水器)和燃气采暖热水炉(含冷凝式燃气暖浴两用炉)的能效限定值、节能评价值、能效等级、试验方法和检验规则。该标准适用于仅以燃气作为能源的热负荷不大于70kW的热水器和采暖炉,不适用于燃气容积式热水器。
该规范为国家标准,为强制性工程建设规范,全部条文必须严格执行,自2022年1月1日起实施。该标准的主要内容包括:总则、燃气质量、燃气厂站、燃气管道和调压设施、燃气储存和灌装、燃气用户、消防设施和紧急切断系统、燃气安全监控和数据采集等方面的规定。
目录
概述
历史发展
结构组成
燃烧系统
换热系统
控制系统
水循环系统
安全保护装置
功能原理
技术指标
特点
优点
缺点
分类
按热效率和排放标准分类
普通壁挂炉
冷凝式壁挂炉
低氮壁挂炉
按主热交换器分类
套管式
板换式
冷凝式
按功能分类
即热型(瞬间式加热)
蓄热型(容积式换热、蓄热)
应用领域
使用相关
选购技巧
根据自己的房屋面积选择
品牌和节能性
零部件配置情况
安装调试
安装
调试
维护与保养
常见问题
生锈腐蚀
淤结水垢
发展趋势
全球市场驱动因素
全球市场挑战因素
技术创新和产品升级因素
标准规范
参考资料