范 威，梁國榮

(廣東美的廚衛(wèi)電器制造有限公司，廣東 佛山 528311)

燃氣熱水器隨著國家經(jīng)濟技術(shù)發(fā)展和其自身快速高效供熱的特點，已經(jīng)逐漸地成為家庭洗浴首選家電產(chǎn)品。目前，燃氣熱水器的生產(chǎn)和設(shè)計幾乎全部集中在我國東部沿海經(jīng)濟發(fā)達的低海拔地區(qū)。我國幅員遼闊，地理環(huán)境復(fù)雜多變，從青藏高原到東部沿海，不同的地區(qū)海拔不同，大氣壓力隨著海拔的增加而逐漸降低，空氣逐漸稀薄。而燃氣熱水器是一種依靠燃燒理論來支撐的家用電器，海拔的變化對其能否正常工作有著很大的影響。因此，研究海拔對燃氣熱水器運行的影響和其對不同海拔地區(qū)適應(yīng)性的方法研究是很重要的。

1 燃燒穩(wěn)定的關(guān)鍵指標

1.1 燃氣燃燒反應(yīng)方程式

燃氣的燃燒反應(yīng)方程是所有的碳氫化合物燃燒反應(yīng)前后物質(zhì)本身的變化，以及反應(yīng)物和產(chǎn)生物之間的摩爾比例關(guān)系［1］。

對于所有的碳氫化合物CmHn類燃氣與空氣的燃燒化學(xué)反應(yīng)方程式都可以用式1 表示：

式(1) 的意義為1 mol 的CmHn完全燃燒需要的空氣完全燃燒時的物質(zhì)的量之間的關(guān)系。

根據(jù)理想狀態(tài)方程：

可知：

式中：n1、n2為分別為完全燃燒反應(yīng)下燃氣和空氣的物質(zhì)的量；P 為燃燒反應(yīng)時的大氣壓；R 為普適氣體常數(shù)；T 為燃燒反應(yīng)時的環(huán)境溫度；V1、V2分別為標準大氣壓下完全燃燒反應(yīng)中燃氣和空氣的體積。

通過式(3)可以知道燃氣完全燃燒反應(yīng)，在相同的大氣壓與環(huán)境溫度條件下，燃氣與所需空氣的體積量是不變的。

因此，可以得出燃燒穩(wěn)定的關(guān)鍵指標為：只要滿足燃氣與空氣的體積比不變，就能滿足穩(wěn)定燃燒的狀態(tài)，且不會隨著大氣壓和環(huán)境溫度的變化而變化。

1.2 過?？諝庀禂?shù)

如前述的理論空氣量是完全燃燒的最小空氣量。由于燃氣與空氣存在混合不均勻性，在實際反應(yīng)中如果只供給理論空氣是不能完全燃燒的，因此實際供給的空氣量是大于理論空氣的［1］。實際供給的空氣量V 與理論需要空氣量V0之比稱為過剩空氣系數(shù) α，即：

通過式(3)與式(5)可知只要滿足不變，在不同的大氣壓力下均可以滿足穩(wěn)定燃燒的狀態(tài)。

燃氣熱水器的設(shè)計標準條件為：101.3 kPa，溫度15 ℃。對應(yīng)的V1為設(shè)計標準條件下的燃氣流量，αV2為設(shè)計標準條件下風(fēng)機的風(fēng)量。

2 海拔對燃氣熱水器的影響

2.1 海拔對燃氣密度的影響

海拔的升高意味著大氣壓強的降低，而絕對壓強能直接影響氣體的密度，根據(jù)理想氣體狀態(tài)方程：

式中：P0為設(shè)計標準大氣壓101.3 kPa；為任意海拔下的大氣壓。

2.2 海拔對燃氣流量的影響

根據(jù)伯努利方程可以知道噴嘴的出口速度［2］為：

式中：ν 為燃氣噴嘴流速；μ 為噴嘴流量系數(shù)；△P 為噴嘴前壓；ρg為燃氣密度。

所以噴嘴流量計算為：

式中：Vg為噴嘴的氣流量；S 為噴嘴總截面積。

由于燃氣的供氣壓力是被規(guī)定的，燃氣熱水器的結(jié)構(gòu)不變的情況下，對于任意海拔，△P，μ，S 不變，其燃氣噴嘴總流量與標準狀態(tài)下設(shè)計總流量的比值為：

根據(jù)10 可得：

由此可見，隨著海拔的增加，燃氣熱水器的燃氣流量會增加。根據(jù)式(11)可以推算出不同海拔燃氣流量增加的比值計算公式為：

表1 給出了不同海拔下燃氣熱水器燃氣流量的增加百分比。

表1 不同海拔燃氣流量增加量

2.3 海拔對風(fēng)機流量的影響

因為燃氣熱水器的整機結(jié)構(gòu)不變，故風(fēng)機的轉(zhuǎn)速不變。所以在不同的海拔下只影響空氣的密度，而并不會影響風(fēng)機的風(fēng)量，因此風(fēng)機的供氣體積量αV2不變。

3 燃氣熱水器對于海拔的適應(yīng)性方案

第一種為針對不同海拔，根據(jù)燃氣流量增加公式，設(shè)計燃氣比例閥調(diào)節(jié)程序來調(diào)節(jié)△P，進而減少燃氣的供給量，使保持不變。

第二種為通過程序增加風(fēng)機的轉(zhuǎn)數(shù)，使αV2增大，進而保持不變。

由于第二種方案增加了風(fēng)機風(fēng)量，會帶來燃燒速度變化等新情況，在設(shè)計余量不大的情況下可能出現(xiàn)脫火等問題，所以在實際的設(shè)計使用中建議采用第一種方案來滿足燃氣熱水器對不同海拔地區(qū)的使用適應(yīng)性問題。

采用第一種方案，分別在廣東佛山和青海西寧進行了煙氣排放的對比測試試驗，實驗數(shù)據(jù)如表2。

表2 廣東佛山和青海西寧進行了煙氣排放的對比測試數(shù)據(jù)

通過表2 可以看出，在不改變?nèi)細饬枯敵龅那闆r下，西寧測試的煙氣明顯變差，CO 和NOx 的排放明顯變多。在采用了方案一改變?nèi)細廨敵龊?，CO 和NOx 得到改善，排放情況與佛山的測試結(jié)果相當。由此可以證明，針對不同海拔采用方案一是有效的。