近幾年來，隨著世界能源的日趨緊張，能源價格呈不斷上升趨勢。而國內目前能源的利用率僅為30%，比發達國家低50%以上，能耗居高不下，如何有效地利用有限的能源成為世界矚目的問題。普通大氣式燃燒的壁掛爐因其結構簡單、技術成熟，在供暖供熱領域還占主導地位，但在壁掛爐應用較早和普及率很高的歐洲，很多國家為了更為高效地利用能源，法律強制規定必須使用更為高效率的壁掛爐產品，即冷凝式壁掛爐（以下簡稱冷凝爐）。在未強制規定的地方，冷凝爐的應用也已普及，其銷售量已經超過常規壁掛爐，占據壁掛爐總銷量的70％以上，根據歐盟2020計劃，自2015年起，歐盟市場上將只允許銷售冷凝壁掛爐，該政策不僅要求所有成員國遵守，連其他準備加入歐盟的國家如土耳其等，也要遵守實施。在節能減排已成為一種綠色概念的大前提下，我國政府相關的行業、國家標準也相繼實施，鼓勵和要求推廣高效、節能、綠色環保的節能產品。據某權威機構統計，自1998年始，家用壁掛爐在中國進入快速發展時期，其每年以15%左右的銷量遞增，2012年的全國銷量已經達到130萬臺左右，并在今后的幾年中將繼續保持20%～30%左右的增長勢頭。隨著包括歐洲供暖市場冷凝技術的迅速崛起，許多國內壁掛爐企業開始重視全預混燃燒冷凝式技術，并將擁有該先進技術作為企業提高產品市場競爭力的重要戰略。以高效、節能為亮點的全預混燃燒冷凝式壁掛爐，已然成為當前國內供暖市場的未來趨勢。據統計，冷凝壁掛爐的銷量已經從2011年的10000臺提升到了2013年的30000臺，其增長速度遠遠超過了整個壁掛爐行業的平均速度。冷凝原理介紹在介紹冷凝爐之前，首先介紹一下冷凝的概念。在天然氣的完全燃燒過程中,作為燃燒產物，我們得到二氧化碳和水。即燃燒1Nm3的甲烷和2Nm3的氧氣，生成1Nm3的二氧化碳和2Nm3的水蒸氣。CH4+2O2=CO2+2H2O+Q放出的熱量Q為:34,020千焦。在這里需明確兩個概念，低熱值和高熱值。所謂低熱值，指1Nm3燃氣完全燃燒后其煙氣被冷卻至原始溫度，但煙氣中的水蒸氣仍為蒸汽狀態時所放出的熱量。所謂高熱值，指1Nm3燃氣完全燃燒后，其煙氣全部被冷卻至原始溫度，而其中的水蒸氣以凝結水狀態排出時所放出的熱量。高熱值與低熱值的差值即水蒸氣的汽化潛熱。在上述化學反應方程式中，H2O是以水蒸氣的形式排出的，因此Q為低熱值。如果使燃燒產生的這部分水蒸氣冷凝，可以得到另外一部分熱量，即汽化潛熱。非冷凝狀態冷凝狀態通過冷凝1Nm3的水蒸氣,我們可以得到1885千焦熱量,所以當我們燃燒1Nm3的甲烷CH4，我們可得到3770千焦熱量。這樣，對于天然氣：高熱值=低熱值+3770千焦=37790千焦。這個值是天然氣和氧氣在完全燃燒即理論狀態所得到的值。在實際燃燒的過程中，天然氣是和過剩的空氣混合燃燒的。這樣就增加了排煙熱損失，并且限制了煙氣中水蒸氣的冷凝。對于一個壁掛爐，我們用熱效率()來定義其性能指標。熱效率是壁掛爐提供的有效熱量與其使用熱量之比。即熱效率=有效熱量/使用熱量，這里使用熱量以低熱值為基準計算。按照之前的燃燒化學反應方程式，從理論上計算，所有熱量全部有效使用，即沒有熱量損失，則熱效率為：=37790/34020=111%，這個與傳統意義的最大熱效率100%的差值11%就是汽化潛熱所占的比例。實際上，燃燒肯定有熱量損失，有效熱量與使用熱量的差值即為潛熱損失、顯熱損失等。對于傳統壁掛爐，使用天然氣為能源。假設提供相當于111%高熱值，便有11%的汽化潛熱沒有被利用，而以煙氣中水蒸氣形式排出，即低熱值為100%。一部分顯熱也是通過煙氣排出，設顯熱損失為8%。則壁掛爐熱效率為：=(111%-11%-8%)/100%=92%(使用熱量以低熱值計算)對于冷凝爐，以天然氣為能源。也提供相當于111%高熱值。煙氣在低于露點的溫度中冷卻，一部分水蒸氣在冷凝中釋放汽化潛熱，設有效利用9%，損失為2%。煙氣在熱交換器中冷卻的時候，煙氣中一部分顯熱也會被回收，設有效利用7%，損失為1%。則壁掛爐熱效率為：=(111%-2%-1%)/100%=108%(使用熱量以低熱值計算)從以上分析及圖表，我們就可以很清楚地得知為什么會有熱效率大于100%的壁掛爐了。由于我們國家一直以來采用的是以低熱值為計算基準的熱效率評價體系，若按照高熱值為計算基準來計算，我們可以得到：傳統壁掛爐，熱效率為：=(111%-11%-8%)/111%=82.9%(使用熱量以高熱值計算)冷凝壁掛爐，熱效率為：=(111%-2%-1%)/111%=97.3%(使用熱量以高熱值計算)這樣，就從根本上論證了輸入熱量始終大于輸出熱量，熱效率應該小于100%了。要得到汽化潛熱，必須使燃燒產生的水蒸氣冷凝出來，就必須使煙氣達到其露點溫度。所謂露點，指的是一個溫度，達到這溫度后，煙氣中的水蒸氣轉化為液態水（冷凝水），然后放出熱量。而煙氣是否能達到其露點溫度，與過?？諝庥泻艽箨P系。下面的圖表就是天然氣在燃燒過程中，煙氣中水蒸氣冷凝的溫度（露點）與過剩空氣比例的關系。如上圖所示，在過?？諝獾谋壤秊?0%時，煙氣中的水蒸氣能夠在55℃冷凝。如果過剩空氣越少，露點溫度越高，越易使煙氣中水蒸氣達到露點溫度，水蒸氣就越易冷凝。反之，若過剩空氣越多，則露點溫度越低，燃燒產生的水蒸氣就越難冷凝。據有關實驗證明，對于天然氣的燃燒工況，過?？諝庀禂翟?5%～30%的范圍內，最容易形成冷凝狀態。因此，要使燃燒工況盡量接近最佳燃燒配比，就要精確地控制燃氣與空氣的混合比例。冷凝爐一般的排煙溫度在50～70℃左右。如果壁掛爐運行溫度越低，則排煙溫度越低，就越易達到冷凝狀態，其相應的熱效率就越高。上圖表示在40/30℃的系統運行溫度下得到的年度工作負荷加熱曲線。從上圖可知，冷凝爐運行在40/30℃時，幾乎全年在冷凝狀態下運行，得到極高的年度熱效率。下圖表示在75/60℃的運行溫度下得到的年度工作負荷加熱曲線?？芍?，冷凝爐運行在75/60℃的較高溫度時，全年58%的時間在冷凝狀態下運行，得到較高的年度熱效率。從上面兩張圖，我們還可以得出另一個結論：室外溫度越高，系統運行溫度越低，冷凝爐的負荷運行比例也越小，效率也越高。雖然各個不同地域的氣候具有不一致性，但真正寒冷的天氣也就那么幾天，即冷凝爐運行在100%的負荷狀態時的時間比較有限，而大部分時間是運行在具有較高效率的部分負荷中。從以上分析我們還知道，冷凝爐特別適用于低溫熱水地板采暖系統。從前面對冷凝原理的分析可知，冷凝爐要實現冷凝，其內部結構必須滿足以下幾個要求：1）保證燃氣與空氣的在一定的比例范圍內混合燃燒；2）降低排煙溫度，使煙氣能達到露點溫度，形成冷凝水，釋放出汽化潛熱；3）有效的吸收煙氣中的余熱，較少顯熱損失；4）智能化的控制系統；5）相關的附件，如冷凝水收集裝置。有了以上幾個必要的條件后，冷凝具體是以什么結構形式出現的呢？下面介紹其內部結構及原理。實現冷凝的核心部件是全預混燃燒器、變速風機和比例式燃氣閥。原理見下圖：上左圖表示燃氣與空氣預混合過程。上右圖表示變速風機控制預混空氣量，并與燃氣量實現聯動控制混合比例，經過文丘里管再充分混合，引入到燃燒器，進行充分燃燒。燃燒產生的煙氣與主換熱器內的循環水形成對向流動，在主換熱器表面進行充分接觸、換熱。高溫煙氣經過換熱溫度降低，達到露點溫度，形成冷凝水，釋放出汽化潛熱，剩余煙氣由煙道排出到室外。產生的冷凝水由收集器收集起來再統一排放。