浅谈高效天然气节能锅炉、暖风机原理

Rock（暖气专家、煤气技师、水管技师）

　　最近十几年，随着北美民众和政府的环保意识的提高，以及天然气设备高效燃烧技术的普及，越来越多的高效天然气设备进入到了百姓家庭。但是许多民众对于高效设备的了解很少，所以往往对自家设备的关注不够，使得暖风机、锅炉等等缺乏必要的保养和维护，以至于设备寿命大大的缩短。

大约十年前，加拿大政府已经禁止销售和安装中效暖气机，相信不远的将来中效锅炉和传统的燃气热水箱（hot water tank）也将步出历史的舞台。

　　下面笔者就这些高效天然气设备做一个简单的介绍。

首先从原理分析一下高效天然气设备和中效天然气设备的区别。

大家都知道天然气设备无论是用于采暖、照明，还是用于烹调食物，都是利用天然气在可控制的状态下与空气中的氧气混合燃烧，放出热量的同时，产生二氧化碳和水（蒸汽）。此时火焰的温度可以高达2000华氏度。这些产生的热量通过换热装置用于加热水或者空气，从而被我们利用来供暖或者烹饪。

中效天然气设备实际上就是我们家中最常见的水暖锅炉（boiler）、暖风机（furnace）、热水炉（hot water tank）。一般说来它们的效率比较低，理论上中效水暖锅炉（boiler）、暖风机（furnace）的效率为80%左右，热水炉（hot water tank）效率为60%左右。意思就是假如你用去了可以产生100个单位的热量的天然气，只有大约80个单位热量用于加热你的设备，剩余的都随着排烟管道排走了，也就是浪费掉了。过去的技术仅仅停留在如何使传热效率提高，比如说采用传热效率高的材料和使用特殊设计使高温烟气在换热器中停留尽量长的时间，但是所带来的效率提升微乎其微。

　　高效设备的原理基本上与中效一样，只是它在设计时加入了二次换热装置或使用高效换热装置，以及其他控制电脑板和控制装置。使得燃烧后的废气中的热量也尽量可以得到运用，甚至于燃烧后产生的水蒸气内含的热量也得到了充分利用。

高效暖气机通常采用的是加装二次换热器的方法，因为相对于锅炉来讲，暖气机的负荷基本上变化不大，不需要随时随地变换输出功率。

而锅炉的负荷因为不同区域控制的开关造成所需功率的变化，所以控制就比暖气机复杂的多。如同将一台大型工业用锅炉压缩后装入了一个三四个立方英尺的盒子中，而这个盒子中包含了换热器、燃气控制阀、风扇、各种管道、感应器等等。一切的一切都是为了是锅炉在安全的状态下保持高效运转。

尽管设计结构不同，但是目的和原理都差不多。具体我们来讲讲其中的原理：

天然气的主要成分是甲烷CH4，与空气混合后燃烧发热，同时产生废气，主要成分是二氧化碳CO2和水蒸气H2O。

一份CH4燃烧时需要两份O2同时产生一份CO2和两份H2O。

而一个立方英尺的天然气在燃烧过程中会产生1000BTU的热量。（BTU是北美常见的英制热量单位、1000BTU大概相当于0.293KW/H）。以及两立方英尺的水蒸气。而这两立方英尺的水蒸气一旦在212华氏度的状态下冷凝转化为水的同时放出热量，这样又可以得到大约102BTU的热量。理论上说，假如一台天然气设备的燃气转化效率为80%，也就是说天然气燃烧后产生的1000BTU热量有800BTU用于加热，再加上水蒸气转化的102BTU热量，该设备的输出功率就为902BTU，为此效率就为90%，再加上燃烧时产生的水蒸气温度远远高于212华氏度，期间又会放出热量，所以一般来讲，高效天然气设备的标称效率应该高于90%，普遍在92~96%之间，甚至于有个别厂家的个别设备标称效率号称为98%。

值得注意的是这里讲的效率都是理论值，实际使用效率要比这低一些。尽管这样，高效天然气设备还是比中效设备效率高出大约15%左右。

　　那有很多客户会问笔者：在我看来这些锅炉、暖风机等等都差不多，我怎么确定是不是高效的？一般来讲，中效锅炉、暖风机排气温度较高，所以排烟管会使用镀锌铁皮制作，通常位于设备上部。而高效锅炉、暖风机会因为排气温度很低，所以排烟管多使用塑料管道（636pvc、636cpvc或类似管道），而且还会有一根排水管道用于排除冷凝水。因为燃烧后产生的二氧化碳溶于冷凝水后，冷凝水变味酸性，具有极强的腐蚀性，所以无论是排烟管或是排水管都需要使用塑料管，如果使用其他材质的管道（特别是铜管和铁管），很快就会被腐蚀掉。

　　说完了原理，那我们来说说高效锅炉的优缺点。

高效锅炉顾名思义就是效率高，通常设备的体积小，易于安装和设备摆放。而由于冷凝水偏酸性的原因，基本上所有的高效锅炉和暖风机内部的换热器材质都为不锈钢，所以就可以安装使用在poly-b管道上。至于原因各位看官可以参考笔者的另一篇文章《浅谈俗称“灰管”的poly-b管道的缺点和使用注意事项》，在这里就不再加以介绍。但要强调的是某德国知名品牌V*****锅炉，在产品介绍中注明不可使用在poly-b管道系统上，否则将无法享用厂家的保修服务。

下面来介绍一下高效设备的缺点。“越是精密的仪器，内部就越复杂”，这是大家都知道的常识。因为为了维持高效率，高效天然气设备所采用的原件都比中效设备的原件复杂精密。不同于中效设备内的控制元器件通常只有开和关两种状态，而高效设备内的控制原件通常需要根据不同的状态和温度，由电脑板进行无极调节或五、六级的多级调节。所以相对维修的费用也会增加。而且对于设备内部的保养清洁也要求高很多。这就如同汽车和自行车的区别一样。维修人员也要求有相对更多的经验和学识。而且为了保持高效，还要定期对锅炉和暖风机进行调校（tune up）。

　　再加上尽管天然气是所有矿物类燃料中最干净的一种，但实际上还是会有杂质在其中，这些杂质燃烧后会产生大量的灰烬和残渣。时间长了会堵塞冷凝水排水管，造成锅炉或暖气机停止工作。所以对于高效天然气设备的内部保养要比中效天然气设备的要求高得多。

所以还是要强调，每年例行保养很重要。

　　笔者在国内就是从事供热和空调专业安装、调试、保养。移民后，在大温地区服务居民和商业超过了15年，是持牌煤气技师，暖气专家。如有兴趣阅读笔者的其他文章请点击下面的链接。

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