一种PTC组件加热的热水采暖炉热效率的试验与探讨

杨计廷，刘婧，王会山，孙庆斌

（1.河北省产品质量监督检验研究院，河北 石家庄 050227；2.河北宏天环保科技股份有限公司，河北 石家庄 050000；3.河北烽煊采暖设备制造有限公司，河北 晋州 052260）

随着国家对清洁能源使用的推广力度不断加大，各类以电能为主能源或辅助能源的电采暖产品、设备应用增加，特别是电热水取暖产品迅速发展，采用PTC组件加热的热水采暖炉是目前流行的电热采暖炉的重要类别之一，其热效率更是其主要技术指标，直接反映了质量水平的高低。本文对一种采用PTC组件加热的热水采暖炉进行了热性能（热效率）试验与分析、探讨。

1 产品结构及主要特点

试验样机为某公司生产的一台采用PTC加热组件进行电加热的采暖炉（以下简称设备），设备中的PTC加热组件采用环抱循环水管的水电分离加热结构，被加热的循环热水管从加热组件中间穿过，金属管直径25.4mm，加热主体呈垂直状态，采用下部回水上部出水方式，采用直径15.2mm金属管作为外部循环水管；PTC加热组件安装完成后加热主体直径约80mm，高度约420mm，PTC加热组件外部初期未进行保温处理，后期采用8mm厚度的聚酯保温棉进行了封闭保温处理；冷态加热功率为8.02kW，稳态加热功率7.78kW，最高出水温度可控制在55℃±3℃，出水温度监控测温点布置在加热管的出水端尾部，采用管外壁附着法（实际情况由于接触不够良好或稳定，只能作为参考使用），采用了触摸屏的模式进行温度调控，触摸屏设置有工作模式调整钮，实际测试时调节至长期工作制，供电电压为220V±10V（实际电压波动小于5V），50Hz；电源连接线采用标称截面积为4平方毫米铜制导线，实际测算截面积为3.96平方毫米；试验时采用制造商原配的热水循环泵，循环泵有三个扬程档位分别为7m/9m/15m；功率为150W/250W/320W。

2 试验散热设施布置

试验用散热设施由2组柱式散热器，1组热交换器与1.2m×0.8m×0.8m的散热循环水箱组合而成，由于是第一次对该类型设备进行热效率检测，散热设施采取了既可串连运行，也可以并联运行或混合运行的安装方式，充分考虑了试验过程中的循环水温度调控、循环水流量调控的方便性、稳定性问题，基本上满足了试验过程中要尽量确保循环热水温度的相对稳定性问题；测试用循环主管路直径为φ25.4mm，测试样机放置在高于地面50mm的木制绝热垫材上，样机中心点距离周围墙壁（普通砖混）约800mm左右，距离散热设施主体约1500mm左右，电能测量仪表距离样机800mm，电源测试线长度大于1000mm；测试场地为封闭式专业检测室，空间尺寸为不小于15m×10m×3.5m，单面墙体开窗2个，尺寸为1m×1.8m，实验过程中两个窗户开启角度均不大于30°，实验室门为关闭状态。

3 试验仪器及传感器布置

在距设备主体不远于100mm处分，别将测温传感器探头采用埋入方式置于循环管（包括回水管、出水管）内部近似轴线位置，流量测量采用某公司生产的电磁流量计，安装于设备回水管路上。在距设备主体不远于1000mm处放置风速传感器和环境温度监控仪表，在散热器末端安装有放气阀及压力传感器用于监控内部压力及偶然性过压力释放。温度测量仪表准确度为0.01℃，流量传感器测量准确度为0.001m3，压力传感器准确度为0.001MPa，风速传感器分辨率为0.1m/s。

表1

表2

4 试验过程及检测数据

（1）试验方案简述。

根据设备的自身和检测试验的实际情况，本次预先拟定在2种热水循环速度下各进行3次试验和测试，采用散热水箱+散热器作为散热装置（为便于进行流速调节而设置），循环水流量分别设置为1.0m3/h、1.2m3/h，流量偏差均控制在0.05m3/h范围内。每次测量均使被试设备及循环水温处于常温后再重新运行，每次启动试运行时间均不小于40min，当出水及回水管温度变化小于1℃/10min时，开始进行正式测量，每次测量时间为40min。

（2）试验数据监控及记录原则如下。

①流量采用累积计量方式，每间隔5min监控一次循环水流速变化情况，确保流速稳定在与设定值的偏差不大于其5%的范围内；

②电能消耗亦采用累积计量方式，每间隔5min观察一次电压、电流及功率变化情况，试验结束时记录电能消耗值；

③循环出水和回水温度每隔2min记录一次，试验结束时分别取其平均值进行计算。

（3）试验数据如下。

①试验循环水流速为1.0m3/h±0.05m3/h，室温：22.5℃时，测试情况详见表1；

②试验循环水流速为1.2m3/h±0.05m3/h，室温：22.5℃，测试情况详见表2；

③综合热效率按下式进行计算：

η=100×[4.186·k·ρ（t2-t1）×1000V]/3600E

式中含义：

η——效率，%；

t——温度，℃；

t2——出水平均温度，℃；

t1——回水平均温度，℃；

k——流量校正系数（采用插入法对流量计测试/校准证书中的流量校准数据进行换算），%；本次试验取值为1.122。

ρ——水密度校正值，%；本次试验取值为0.988；

E——试验消耗电能，kW·h；

V——热水流量体积，m3。

5 结语

通过对产品结构、试验状况及试验数据分析和研究可知，对于采用PTC加热组件的电热水采暖炉，当其安装结构、循环管路设计及管径相同时如下。

（1）在相同循环热水流速和散热条件下，当循环热水出水温度升高时，热效率有下降趋势。

（2）在基本相同循环热水出水温度和散热条件下，循环热水流速增大时热效率有增大趋势。

（3）对于该类产品，如果在加热部件安装结构设计、循环管路设计及管径匹配，循环泵选择匹配等方面进行优化，其综合热效率（输出热水能与消耗总电能之比）大于95%甚至更高是完全有可能的。