一種PTC組件加熱的熱水采暖爐熱效率的試驗(yàn)與探討

楊計(jì)廷，劉婧，王會(huì)山，孫慶斌

（1.河北省產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)研究院，河北 石家莊 050227；2.河北宏天環(huán)保科技股份有限公司，河北 石家莊 050000；3.河北烽煊采暖設(shè)備制造有限公司，河北 晉州 052260）

隨著國(guó)家對(duì)清潔能源使用的推廣力度不斷加大，各類以電能為主能源或輔助能源的電采暖產(chǎn)品、設(shè)備應(yīng)用增加，特別是電熱水取暖產(chǎn)品迅速發(fā)展，采用PTC組件加熱的熱水采暖爐是目前流行的電熱采暖爐的重要類別之一，其熱效率更是其主要技術(shù)指標(biāo)，直接反映了質(zhì)量水平的高低。本文對(duì)一種采用PTC組件加熱的熱水采暖爐進(jìn)行了熱性能（熱效率）試驗(yàn)與分析、探討。

1 產(chǎn)品結(jié)構(gòu)及主要特點(diǎn)

試驗(yàn)樣機(jī)為某公司生產(chǎn)的一臺(tái)采用PTC加熱組件進(jìn)行電加熱的采暖爐（以下簡(jiǎn)稱設(shè)備），設(shè)備中的PTC加熱組件采用環(huán)抱循環(huán)水管的水電分離加熱結(jié)構(gòu)，被加熱的循環(huán)熱水管從加熱組件中間穿過(guò)，金屬管直徑25.4mm，加熱主體呈垂直狀態(tài)，采用下部回水上部出水方式，采用直徑15.2mm金屬管作為外部循環(huán)水管；PTC加熱組件安裝完成后加熱主體直徑約80mm，高度約420mm，PTC加熱組件外部初期未進(jìn)行保溫處理，后期采用8mm厚度的聚酯保溫棉進(jìn)行了封閉保溫處理；冷態(tài)加熱功率為8.02kW，穩(wěn)態(tài)加熱功率7.78kW，最高出水溫度可控制在55℃±3℃，出水溫度監(jiān)控測(cè)溫點(diǎn)布置在加熱管的出水端尾部，采用管外壁附著法（實(shí)際情況由于接觸不夠良好或穩(wěn)定，只能作為參考使用），采用了觸摸屏的模式進(jìn)行溫度調(diào)控，觸摸屏設(shè)置有工作模式調(diào)整鈕，實(shí)際測(cè)試時(shí)調(diào)節(jié)至長(zhǎng)期工作制，供電電壓為220V±10V（實(shí)際電壓波動(dòng)小于5V），50Hz；電源連接線采用標(biāo)稱截面積為4平方毫米銅制導(dǎo)線，實(shí)際測(cè)算截面積為3.96平方毫米；試驗(yàn)時(shí)采用制造商原配的熱水循環(huán)泵，循環(huán)泵有三個(gè)揚(yáng)程檔位分別為7m/9m/15m；功率為150W/250W/320W。

2 試驗(yàn)散熱設(shè)施布置

試驗(yàn)用散熱設(shè)施由2組柱式散熱器，1組熱交換器與1.2m×0.8m×0.8m的散熱循環(huán)水箱組合而成，由于是第一次對(duì)該類型設(shè)備進(jìn)行熱效率檢測(cè)，散熱設(shè)施采取了既可串連運(yùn)行，也可以并聯(lián)運(yùn)行或混合運(yùn)行的安裝方式，充分考慮了試驗(yàn)過(guò)程中的循環(huán)水溫度調(diào)控、循環(huán)水流量調(diào)控的方便性、穩(wěn)定性問(wèn)題，基本上滿足了試驗(yàn)過(guò)程中要盡量確保循環(huán)熱水溫度的相對(duì)穩(wěn)定性問(wèn)題；測(cè)試用循環(huán)主管路直徑為φ25.4mm，測(cè)試樣機(jī)放置在高于地面50mm的木制絕熱墊材上，樣機(jī)中心點(diǎn)距離周圍墻壁（普通磚混）約800mm左右，距離散熱設(shè)施主體約1500mm左右，電能測(cè)量?jī)x表距離樣機(jī)800mm，電源測(cè)試線長(zhǎng)度大于1000mm；測(cè)試場(chǎng)地為封閉式專業(yè)檢測(cè)室，空間尺寸為不小于15m×10m×3.5m，單面墻體開(kāi)窗2個(gè)，尺寸為1m×1.8m，實(shí)驗(yàn)過(guò)程中兩個(gè)窗戶開(kāi)啟角度均不大于30°，實(shí)驗(yàn)室門為關(guān)閉狀態(tài)。

3 試驗(yàn)儀器及傳感器布置

在距設(shè)備主體不遠(yuǎn)于100mm處分，別將測(cè)溫傳感器探頭采用埋入方式置于循環(huán)管（包括回水管、出水管）內(nèi)部近似軸線位置，流量測(cè)量采用某公司生產(chǎn)的電磁流量計(jì)，安裝于設(shè)備回水管路上。在距設(shè)備主體不遠(yuǎn)于1000mm處放置風(fēng)速傳感器和環(huán)境溫度監(jiān)控儀表，在散熱器末端安裝有放氣閥及壓力傳感器用于監(jiān)控內(nèi)部壓力及偶然性過(guò)壓力釋放。溫度測(cè)量?jī)x表準(zhǔn)確度為0.01℃，流量傳感器測(cè)量準(zhǔn)確度為0.001m3，壓力傳感器準(zhǔn)確度為0.001MPa，風(fēng)速傳感器分辨率為0.1m/s。

表1

表2

4 試驗(yàn)過(guò)程及檢測(cè)數(shù)據(jù)

（1）試驗(yàn)方案簡(jiǎn)述。

根據(jù)設(shè)備的自身和檢測(cè)試驗(yàn)的實(shí)際情況，本次預(yù)先擬定在2種熱水循環(huán)速度下各進(jìn)行3次試驗(yàn)和測(cè)試，采用散熱水箱+散熱器作為散熱裝置（為便于進(jìn)行流速調(diào)節(jié)而設(shè)置），循環(huán)水流量分別設(shè)置為1.0m3/h、1.2m3/h，流量偏差均控制在0.05m3/h范圍內(nèi)。每次測(cè)量均使被試設(shè)備及循環(huán)水溫處于常溫后再重新運(yùn)行，每次啟動(dòng)試運(yùn)行時(shí)間均不小于40min，當(dāng)出水及回水管溫度變化小于1℃/10min時(shí)，開(kāi)始進(jìn)行正式測(cè)量，每次測(cè)量時(shí)間為40min。

（2）試驗(yàn)數(shù)據(jù)監(jiān)控及記錄原則如下。

①流量采用累積計(jì)量方式，每間隔5min監(jiān)控一次循環(huán)水流速變化情況，確保流速穩(wěn)定在與設(shè)定值的偏差不大于其5%的范圍內(nèi)；

②電能消耗亦采用累積計(jì)量方式，每間隔5min觀察一次電壓、電流及功率變化情況，試驗(yàn)結(jié)束時(shí)記錄電能消耗值；

③循環(huán)出水和回水溫度每隔2min記錄一次，試驗(yàn)結(jié)束時(shí)分別取其平均值進(jìn)行計(jì)算。

（3）試驗(yàn)數(shù)據(jù)如下。

①試驗(yàn)循環(huán)水流速為1.0m3/h±0.05m3/h，室溫：22.5℃時(shí)，測(cè)試情況詳見(jiàn)表1；

②試驗(yàn)循環(huán)水流速為1.2m3/h±0.05m3/h，室溫：22.5℃，測(cè)試情況詳見(jiàn)表2；

③綜合熱效率按下式進(jìn)行計(jì)算：

η=100×[4.186·k·ρ（t2-t1）×1000V]/3600E

式中含義：

η——效率，%；

t——溫度，℃；

t2——出水平均溫度，℃；

t1——回水平均溫度，℃；

k——流量校正系數(shù)（采用插入法對(duì)流量計(jì)測(cè)試/校準(zhǔn)證書中的流量校準(zhǔn)數(shù)據(jù)進(jìn)行換算），%；本次試驗(yàn)取值為1.122。

ρ——水密度校正值，%；本次試驗(yàn)取值為0.988；

E——試驗(yàn)消耗電能，kW·h；

V——熱水流量體積，m3。

5 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、試驗(yàn)狀況及試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析和研究可知，對(duì)于采用PTC加熱組件的電熱水采暖爐，當(dāng)其安裝結(jié)構(gòu)、循環(huán)管路設(shè)計(jì)及管徑相同時(shí)如下。

（1）在相同循環(huán)熱水流速和散熱條件下，當(dāng)循環(huán)熱水出水溫度升高時(shí)，熱效率有下降趨勢(shì)。

（2）在基本相同循環(huán)熱水出水溫度和散熱條件下，循環(huán)熱水流速增大時(shí)熱效率有增大趨勢(shì)。

（3）對(duì)于該類產(chǎn)品，如果在加熱部件安裝結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、循環(huán)管路設(shè)計(jì)及管徑匹配，循環(huán)泵選擇匹配等方面進(jìn)行優(yōu)化，其綜合熱效率（輸出熱水能與消耗總電能之比）大于95%甚至更高是完全有可能的。