摘要：随着天然气的利用效率愈发提高以及使用科技的高度开发与深入研究，我国燃气行业也开始面对新的挑战与机遇。同时，国家对能源利用的绿色环保性要求也越来越高，对能源利用结构也开始了大范围调整，因此冷凝式燃气热水器作为一种新型能源利用热水器被广泛使用。冷凝式燃气热水器是20世纪末在欧洲率先出现的一种高效节能的新型热水器，其具有高效、低污染高、利用前景广阔的绝对优势，且冷凝式燃气热水器可以将排烟温度降低到接近露点甚至低于露点的温度水平，是非常具有竞争性的一个特点。
关键词：冷凝式燃气热水器；开发研究；前景分析
一、前言
近年来，我国燃气热水器出台了新的利用能效标准，将1级能效等级的热效率规定在了不低于96%的水平线内，而能够完全达到这样的等级的热水器，除了冷凝式燃气热水器，没有其他途径满足这样的要求。同时，冷凝式燃气热水器可以将排烟温度充分降低至露点标准，将热水器的制热效率大大提高，控制污染气体的排放量。这样较为先进的热水器装置，在我国的发展步伐较为缓慢，还是停留在初级研究阶段，而在其他发达国家已经较为普遍。
二、冷凝式燃气热水器的特点结构介绍
冷凝式热水器的一大特点就是在结构中添加了冷凝过程，简单来说，就是在普通热水器的高温端换热器后加上冷凝换热器，以此达到减排高效。由此可见，相较于传统的普通热水器，冷凝式热水器无论是构造形式还是装置方法，都存在很大差别。现有的冷凝式燃气热水器一般有两种类型：烟气导流型和倒置型。
（一）烟气导流型
将燃烧室安排在热水器的下方，在制热时，高温烟气从燃烧室流向高温换热器，当烟气流至高温换热器的末端时，此时烟气的温度会降到150℃~200℃左右[1]，然后温度较低的烟气会通过导流装置流向冷凝换热器。烟气向下流通，与冷凝管中的冷水发生热交换效应，此时烟气温度即将将至露点左右，最后低温烟气通过导流管从排气烟道排出。要特殊说明的是，在冷凝段换热器中，烟气的流动方向与冷水的流动方向应该是一致的，冷凝液沉积在底部，最后从导流管流出，排入污水处理系统中。以上为一个完整的烟气导流型冷凝式燃气热水器的工作过程，可以看出，这种结构的冷凝式热水器虽然与传统的热水器结构类似，但是其中放置的导流系统结构较为繁杂，有着较高的废物处理效率，有效地做到了节能减排，低污染低消耗。
（二）倒置型
顾名思义，导致型即将所有的结构完全倒置，燃烧室放在最上方，排出的烟气往下流通。与之前所说的类似，高温烟气还是需要经过高温换热器与冷凝段换热器部位，此时烟气温度依旧将至露点左右，同时烟气的位置处于整个系统的最下方，最后低温烟气从由下至上的排气管排出。需说明的是，倒置型中烟气的流动方向与冷凝段冷水的流动方向依旧相同，这样的设计使冷凝段换热器中处于翅片尖端的冷凝水方便被高温烟气带走，从而达到高效降温的作用，也减少了冷凝水对换热器的酸性腐蚀。倒置型的另一优势为，从下而上的排气装置，可以在烟气排除的过程中，有效地将空气预热，提高了热水器整体的热使用效率。冷凝水依旧排放至污水系统中，有效地减少了二次污染可能性。
三、冷凝式燃气热水器的发展前景
当代家用燃气快速热水器已经被广使用，普及程度极高。但是随着科技的高速发展以及能源利用效率日渐低下，能源并不是取之不尽，能源供应日趋紧张。因此我国提高了热水器的节能标准，促使我国热水器行业发展得更为节能环保。经推算，如果我国投入使用的所有热水器中，如果有将近一半可以达到新的热效率利用标准，那么整体趋势为社会和国家带来的经济效益与社会效益都是非常明显的，同时增强了我国热水器在市场上的竞争力度。由此看来，发展冷凝式燃气热水器是一条非常契合当代需求的路径。
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由上述的冷凝式燃气热水器的设计结构可以看出，冷凝式燃气热水器的总体结构大致就是在传统的热水器中加入冷凝段换热器，将排出的烟气温度降至露点左右的温度，以提高热利用效率，减少污染排放。虽然冷凝技术并不是一项新兴技术，其在民用工具中的使用时间已经超过了20年，但是并不代表我们对其的利用手段与技术非常娴熟精炼，因此冷凝式热水器在市场上也不是非常普及销售。一是因为其技术支持条件不足够，二来该热水器的工艺繁杂，部件较多，就当代水平而言，很难广泛投入使用。
冷凝式燃气热水器并不是一下子就出现的，它的开发设计由来有一部分起源于上世纪的欧洲地区家用的冷凝式燃气挂壁炉[1]。当时欧洲地区较为普及使用，到世纪末，冷凝式燃气挂壁炉除了有传统锅炉使用条件外，还添加了大胆创新性的制热方式。这些年来，日本也一直致力于研究冷凝式燃气热水器的研究，同时推出补贴政策，致力于在全日本推及冷凝式燃气热水器的使用，这样的高热度使用频率，让热泵热水器的竞争力下降较多。我国方面投入开发设计的企业并不多，且使用的技术较为落后，几乎都是小批量生产体验使用，但是其质量完全符合新型能效标准。
四、冷凝式燃气热水器所需的工艺条件
（一）排烟温度对热效率的影响
有上述可知，冷凝式燃气热水器的主要优势为降低了排出烟气的温度，从而降低了污染效应，提高了热使用率，将热利用率最高可提高13%。排烟温度越低，被排出烟气吸收的热量越少，热效率越高。理论上来计算的话，我们已经得知，当排烟温度降至40℃左右时，热使用率可以达到100%[2]。污染性烟气温度强制性降低，会导致烟气冷凝，从而产生酸性冷凝水，可能会附着在系统装备，对设备具有破坏意义。但是由于我们使气体强制性排出，因此造成的工况燃烧情况较轻，不足破坏效果。
（二）翅片数目对热效率的影响
由测试性试验可得，翅片数目对热效率的影响也较大，不足忽视。由试验结论得知，翅片数目越高，热使用率也越大，并且呈现出简单的线性关系。因此，要提高热效率，适当地增加翅片数目也是一个不错的改良方法。
（三）燃气对热效率的影响
以12 T天然气与ZOY的LGP为燃料进行比较试验[3]，两者燃烧后的测试出的热水器燃烧性能、污染排放量、热使用率、冷凝式等数据指标都近似，并无较大差异。两者的腐蚀程度也较轻，说明抗腐蚀性较高。
五、总结
当代能源利用现状较为严峻，提高能源利用率，改善所用技术，是当代科技发展的一大重点，同时也有效地增强了产品在国际市场中的竞争力与软实力。冷凝式燃气热水器可以说是对当代热水器发展的一大挑战，其在传统意义的热水器结构中加入新式冷凝段温度转换器，有效地将原本直接被排出的高温烟气进行降温操作，降低了热能消耗率，提高了热使用率，减少了污染排放量，不会造成不必要的二次污染情况。同时，冷凝式燃气热水器并不是一味地取决于新装置，也与这能提系统中的其他装置有关，例如翅片数目、使用的燃气等。但是，冷凝式燃气热水器所使用的技术支持有限，且制作操作繁杂，所需原件较多，成本也随之升高，所以现在并不是非常普及。希望在未来，我们可以在全国范围内将冷凝式燃气热水器投入使用，由此提高我国整体的竞争软实力。
参考文献：
[1]魏敦崧.冷凝式燃气热水器的开发研究[A].中国城市燃气分会气源专业委员会.中国城市燃气分会气源专业委员会第八届四次年会论文集[C].中国城市燃气分会气源专业委员会：中国土木工程学会，2005：7.
[2]徐德明.冷凝式燃气热水器的开发研究[A].中国土木工程学会燃气分会应用专业委员会、国家燃气用具质量监督检验中心.中国土木工程学会燃气分会应用专业委员会2007年会论文集[C].中国土木工程学会燃气分会应用专业委员会、国家燃气用具质量监督检验中心：中国土木工程学会，2007：4.
[3]夏昭知，赵恒谊.冷凝式燃气热水器前景广阔[J].电器，2008（03）：50-51.
论文作者:杨琪
论文发表刊物:《基层建设》2019年第14期
论文发表时间:2019/7/29
标签：烟气论文; 热水器论文; 燃气热水器论文; 燃气论文; 热效率论文; 温度论文; 换热器论文; 《基层建设》2019年第14期论文;