燃气热水器水流量恒定装置与温恒特性专题知识

燃气热水器水流量恒定装置与温恒特性专题知识

一、水流量恒定装置

燃气热水器在使用时，会出现供水压力发生变化而造成热水温度改变的情况，严重时（因水过烫或过凉）无法淋浴。为减轻供水压力波动的不利影响，在气-气联动装置上增设了水量恒定器（俗称稳压装置）。

图2-10示出了水量恒定装置的工作原理。当供水压力大于启动水压后，分隔腊片左移（热水器启动），节流块也左移，其圆柱段（BC段）进入圆柱通道ab段。此时，水的流通切面不变（随供水压力增大，水量也随之增大）。供水压力进一步加大后分隔膜片又继续左移，切面C开始靠近通道b切面。由于CD段表面是一个逐渐增大的特殊弧面，使得节流块四周的通道明显减小，便抑制了水流量（因供水压升高）的上升，水量近似趋于恒定。在图2-11中，给出了实测的有水流量恒定装置的热水器流量特性曲线。观察曲线a（16L/min液化气热水器，水流开关式）可以看到，热水器在供水压力0.01MPa下启动直到供水压力到0.2MPa为止，热水器水流量随供水压力的上升而增大（水量从3.5L/min升到13.6L/min），在供水压力超过0.2Mpa以后，水量基本恒定（不随供水压力增大而增大）。曲线b（5.5L/min液化气热水器，压差盘式）也具有水流量随供水压力的上升而增大的同样特征，热水器在供水压力0.035Mpa下启动（“大水”工况），地到供水压力升到0.06Mpa为止，热水器水流量随供水压力的上升而增大（水流量从4L/min升到5.5L/min），在供水压力超过0.06Mpa后，水量基本恒定（不随供水压力增大而增大）。所以，热水器设置水量恒定装置后，其流量特性曲线出现一个明显特点，即在在一个压力界限值P k，在供水压力P＜P k时，供水压力上升，热水器水流量也增大；在供水压力P≥P k时，供水压力上升，热水器水流量基本不变。所以，热水器具有水量恒定功能是指热水器在供水压力P≥P k时，具有水流量近似恒定的性能，决不能理解为在所有供水压力范围内，水量均是近似恒定的。压力界限值P k的大小与热水器容量有关，其测试统计值表见表2-5。小容量热水器允许工作水量小，所以压力值P k较低（水量近拟恒定的范围大），使用时，用户感到水量变化小（热水温度变化也小），比较满意。但大容量热水器由于要求工作水量大（须满足盆浴、多点供热水的要求），所以压力值P k较高（16L/min热水器，其P k高达0.2Mpa，而5.5L/min热水器，其P k只有0.06Mpa，相差3倍多）。对此，不能一概而论，同样要求。

的流量特性曲线，大“大水”位置时启动水量为

在容量≤10L/min的热水器上，设置水量恒定装置还有另外一个作用。前面已介绍过，对设计合理，供水充足的城市供水管网，用户的入户水压变化范围是0.1～0.45MPa，设计规范要求是0.05～0.4MPa。如果在热水器设计时，把压力界限值P k选定在0.1MPa，则即使热水器安装在高度不同的用户家，热水器的工作水量是相近的（热水器的运行工作点相近），这对生产厂家与用户均会带来方便。但对容量≥16L/min的大容量热水器，因其压力界限P k已高达0.2MPa，而用户的实际使用工况，经常是在供水压力小于0.2MPa范围内，所以水量恒定装置的实际作用不大（有的16/min热水器就没有设置水量恒定装置）。最难处理的是房顶水箱供水系统，在夏季用水高峰期间，入户水压大多低于0.1MPa（热水器工作水压多在0.03～0.1 MPa间波动），此时水量

2、舒适淋浴的要求

调查表明，要获得舒适的淋浴首先是热水温度要适宜（热水温度与人的体质、习惯有关。夏季约在38℃，春秋季约40V，冬季约在42℃，使用中热水温度波动应小于±1℃）。其次，水量不能偏小，宜≥7L/min（水量过大也不好，显得浪费）。水量调节可由用户自己去完成（开启水阀，使热水器启动后，按用户要求将水量调到合适大），但把水温调节到合适值相对比较困难，特别是对儿童、老年人。

需要说明一点，热水器在夏季、冬季使用时热水温度受负荷调节范围的限制。比如在冬季（热水器满负荷运行），1台8L/min热水器只能最多提供6L/min，43℃的热水，要超过6 L/min（保持43℃）或超过43℃（保持6L/min）都是不可能的，如表9-1。同样，在夏季（热水器在30％全负荷下运行），1台8L/min热水器要供应38℃的热水，最小水量必须达到7.5L/min，若供水压力偏低，水量达不到7.5L/min，则热水温度会超过38℃（见表9-2）。所以有的用户反映，自己的热水器“冬天水不热，夏天水太热”，其中一个原因是超过了热水器的热负荷调节范围。

3、加热过程特性

观察热水器的加热过程，冷水温度为t0、流量为V1，流经换热器后被加热成温度为t的热水输出；热水器的热负荷为Q（输入热量），则加热过程满足下述热平衡关系：

ηQ＝η·V2·H1＝V1·C p·（t－t0）9-1

其中：V1表示水流量，L/min；

Q表示输入热量，MJ/h

V2燃气耗量，Nm3/h

H1表示燃气低热值，MJ/Nm3

t0表示冷水温度，℃

η表示热效率，％

C p表示水比热，J/（kg·℃）

公式变换：

t＝t0+（ηH1）/C p·（V2/ V1）9-2

式9-2指出了热水器加热过程的一个重要特性，即热水器温度t受到冷水温度t0、热水器特性值（ηH1）/C p、燃气与水流量比值V2/ V1等3个因素的影响。冷水温度t0升高，热水温度t增高；燃气与水量比值V2/ V1增大，热水温度t也增高。特别要批出热水温升（t－t0）正比于燃气量V2（燃气量加大，热水温升增大），反比于水量V1（水量加大，热水温升减小）。热水温升（t －t0）由燃气、水量比值V2/ V1确定。当水量因偶然出现的干扰变化时，只要改变燃气量V2使V2/ V1不变，则热水温升不变（当燃气量发生变化时情形也一样）。这是热水器恒温调节的基本概念。式9-2也从定量上指出了燃气量V2，水量V1调节的依据。为了获得用户所设定的热水温度t，用变化t0与（ηH1）/C p值的方法是不可能的，只有改变V2/ V1。使用经验又表明，大幅度改变水流量V1会损害淋浴的舒适性。所以，只能采用调节燃气量V2，辅以水量V1的微调（有的设计，则只调节V2，不调节V1）。这样，作为淋浴用的热水器，热水温度的恒温控制系统就是正确调节燃气量以满足设定水温的要求（出自这种需要，便研制出了燃气比例阀<蝶阀>）。

对于1台给定的热水器，热效率η、燃气低热值H1、水比热C p均可近似看做常数（见表9-3），代入式式9-2得到：