直流循环水泵在燃气采暖热水炉上的应用研究

徐麦建 龚汉鑫 林林勇

（广东万和热能科技有限公司 佛山 510510）

引言

零冷水燃气采暖热水炉采用热水循环系统，预先加热管道中冷水，实现即开即热的效果，有效提升热水使用的舒适性，深受用户的喜爱。直流循环水泵可为管道预热提供驱动力，其具有体积小，扬程高，不易卡等优点，被广泛应用于带零冷水功能的燃气热水器及燃气采暖炉上，然而直流循环水泵不同的安装位置会对热水循环系统产生不同的影响，在实际应用中会存在噪音高，水阻大等问题，给用户带来不良体验，未能充分水泵自身优势。

1 直流循环水泵特性及安装位置方案

水泵为克服热水循环系统的阻力提供驱动力，是零冷水燃气采暖热水炉的一个核心部件，考虑到采暖炉的内部空间受限，热水管径小等因素，本文选用了直流循环水泵应用于热水循环系统如图1所示，它具有体积小巧、功耗低、扬程可高达11 m，不易卡顿的特点，驱动电压VSP为 0～6.5 V [DC]，可适应不同系统需要，其水泵特性曲线如图2所示。

图1 水泵模型

图2 水泵特性曲线

市场上，水泵在采暖炉内部热水循环系统存在不同的安装位置，主要分为两种方式，一种为串联安装方式如图3，即水泵安装在进水端的管道上；另一种为并联安装方式如图4，即水泵安装在回水端的管道上。机器内部管道也决定了外部管道的布置方式不同，因此对热水系统性能产生较大的影响。

图3 水泵串联安装方式

图4 水泵并联安装方式

2 水泵安装位置对热水系统性能的影响

本试验采用输入功率为26 kW的板换式采暖炉，将水泵分别按图3、图4两种方式进行安装，连接外部循环管道最长为80 m、管径为DN15的循环管道，模拟用户在使用过程中的用水体验，测试水泵对热水循环系统用水的影响。

2.1 水泵自身水阻对用水流量影响

直流循环水泵由于体积小巧，因此它的流道口径设计得比普通的采暖用的循环泵要小，如水泵按上述图3串联安装，直流循环水泵在未启动时，会增加系统阻力，造成压损，在水泵入水端通过施加不同的进水压力，测试用水端流量大小。

由图5可知，相比进水管道没安装水泵时，用水点的水流量明显降低，随着进水压力的增加，流量减少的越明显，在进水压力为0.1 MPa，流量下降1.3 L/min，在进水压力为0.4 MPa，流量下降2.9 L/min，用水点离机器出水端从2 m增加到28 m，水流量下降加剧。如采用图2并联安装方式，在用水时由于自来水未流经水泵，因此不会造成压力损失，对系统用水流量不产生影响。

图5 水泵自身水阻对用水流量的影响

2.2 水泵启动增流功能对用水流量影响

不同地区在用水高峰期或楼层较高等原因引起水压低，水流量偏小，影响了洗浴的舒适性，可以通过热水循环系统上的直流循环水泵实现增压增流，以加大用水流量，而水泵的不同安装位置对起增流效果有一定的差异。

如图6所示，针对于水泵串联安装方式，水泵VSP电压越大，增流越明显，在进水压力为0.1 MPa，VSP电压为5.0 V时，相比未启动循环泵时增加2.2 L/min，VSP电压为6.5 V时,流量增加3.2 L/min；在进水压力为0.3 MPa，VSP电压为5.0 V时，水流量增加1.4 L/min，VSP电压为6.5 V时，流量增加1.7 L/min，因此低进水压力，增流效果明显，随着进水压力不断增加，增流效果不断减弱。

图6 水泵串联安装增流效果

对于水泵并联安装方式，如果家里安装了回水管，水泵串联在回水管上时，此时是起不了增压增流作用，如外部管道安装按图7连接时，保证了卫浴进水可以流经水泵，经测试如图8所示，同样起到增流作用，但相比水泵串联安装方式增流效果要弱。

图7 利用冷水管作为回水安装方式

图8 水泵并联安装增流效果

将水泵串联与并联安装的测试数据整合在一起如图9所示，在VSP电压为6.5 V时，两者的用水流量已基本接近，但是在未启动水泵增流时，水泵串联安装由于自身阻力，导致用水流量明显低于水泵并联安装的用水流量。另外水泵串联安装于进水管道上，不管是在打开水龙头用水还是启动热水循环加热时，水流均经过水泵，在水质差的环境下长期运行容易造成水泵卡顿。水泵并联安装在回水管道上，洗浴用水时，无需经过水泵，避免长期冲刷水泵，有利于延长水泵寿命。

图9 水泵串联与并联安装增流对比

3 直流循环水泵VSP电压选取

3.1 VSP电压对运行噪音的影响

在热水循环系统中，水泵VSP电压大小、管道长度的变化对运行噪音和循环流量会产生一定的影响；本文在管道长度为80 m和25 m的系统中进行测试，通过改变水泵VSP电压，测试噪音和水流量数据如表1。

表1 水泵运行噪音测试结果表

由表1可知，水泵VSP电压越大，系统运行流量越大，管道加热速度就越快，但伴随的噪音也在增加，且管道阻力越大，噪音愈加突显，而噪音对用户体验的一个重要指标，水泵在满足驱动热水循环时，运行噪音不应高于整机正常运行噪音，根据上表分析水泵VSP电压为4.7 V时，在适应不同管道长度及阻力变化，运行噪音控制在48.7 dB以下，此噪音基本与整机正常运行噪音持平，同时系统运行流量不低于6 L/min。

3.2 整机调节比要求

根据上述分析水泵VSP电压4.7 V时，可以克服一般家庭热水管道系统阻力，获得比较低的运行噪音，但是驱动水流量较低控制在6 L/min左右，在加热过程中，随着回水温度不断上升，壁挂炉工作的功率将逐渐下降，为获得较佳的恒温热水，需使回水与目标出水温差控制在5 ℃范围内，因此整机在运行热水循环预热要具备超低功率运行，最小功率需达到2.5 kW以下，在冬季采暖炉需以大功率燃烧满足冬天低温进水，高温出水要求。根据表2计算，当启动零冷水功能，循环预热时功率降低至2.5 kW。因此对机器负荷调节比的要求更高，调节比高达1:10以上。

表2 用水功率需求

4 总结

通过上述分析结论如下：

1）直流循环水泵由于流道口径小，串联安装在进水管道上，需克服自身水阻带来压损，导致降低用水流量，而并联安装结构不影响用水系统阻力。

2）在低进水压时直流循环水泵可以起到明显的增压增流效果，但随着进水压力增加，水泵增流效果减弱。水泵串联在卫浴进水管道的安装方式，外部管道布置简单，增流效果明显，但由于自身水阻大，因此在不启动增压增流功能的应用场合时，要考虑对用水的影响。

3）水泵驱动电压VSP越大，管道预热速度就越快，但会带来运行噪音明显增加，噪音是用户体验的一个重要指标，因此要合理设计水泵VSP电压来控制运行噪音，并与整机负荷调节比达到较佳匹配。

综上，设计带有热水循环功能的燃气采暖热水炉时，需根据水泵自身特性，通过合理设计水泵安装位置，设定合适的VSP电压及整机负荷调节比，才能有效的降低运行噪音并充分发挥直流水泵在热水循环功能的应用优势，以满足用户舒适的热水需求。