燃气热水器水流量恒定装置与温恒特性专题知识一、水流量恒定装置燃气热水器在使用时，会出现供水压力发生变化而造成热水温度改变的情况，严重时（因水过烫或过凉）无法淋浴为减轻供水压力波动的不利影响，在气-气联动装置上增设了水量恒定器（俗称稳压装置） 图 2-10 示出了水量恒定装置的工作原理当供水压力大于启动水压后，分隔腊片左移（热水器启动） ，节流块也左移，其圆柱段（BC 段）进入圆柱通道 ab 段此时，水的流通切面不变（随供水压力增大，水量也随之增大） 供水压力进一步加大后分隔膜片又继续左移，切面 C开始靠近通道 b 切面由于 CD 段表面是一个逐渐增大的特殊弧面，使得节流块四周的通道明显减小，便抑制了水流量（因供水压升高）的上升，水量近似趋于恒定在图 2-11 中，给出了实测的有水流量恒定装置的热水器流量特性曲线观察曲线 a（16L/min 液化气热水器，水流开关式）可以看到，热水器在供水压力 0.01MPa 下启动直到供水压力到 0.2MPa 为止，热水器水流量随供水压力的上升而增大（水量从 3.5L/min 升到 13.6L/min） ，在供水压力超过 0.2Mpa以后，水量基本恒定（不随供水压力增大而增大） 。
曲线 b（5.5L/min 液化气热水器，压差盘式）也具有水流量随供水压力的上升而增大的同样特征，热水器在供水压力 0.035Mpa 下启动（“大水”工况） ，地到供水压力升到 0.06Mpa 为止，热水器水流量随供水压力的上升而增大（水流量从 4L/min 升到 5.5L/min） ，在供水压力超过 0.06Mpa 后，水量基本恒定（不随供水压力增大而增大） 所以，热水器设置水量恒定装置后，其流量特性曲线出现一个明显特点，即在在一个压力界限值 Pk，在供水压力 P＜P k 时，供水压力上升，热水器水流量也增大；在供水压力 P≥P k 时，供水压力上升，热水器水流量基本不变所以，热水器具有水量恒定功能是指热水器在供水压力 P≥P k 时，具有水流量近似恒定的性能，决不能理解为在所有供水压力范围内，水量均是近似恒定的压力界限值 Pk 的大小与热水器容量有关，其测试统计值表见表 2-5小容量热水器允许工作水量小，所以压力值 Pk 较低（水量近拟恒定的范围大） ，使用时，用户感到水量变化小（热水温度变化也小） ，比较满意但大容量热水器由于要求工作水量大（须满足盆浴、多点供热水的要求） ，所以压力值 Pk 较高（16L/min 热水器，其 Pk 高达0.2Mpa，而 5.5L/min 热水器，其 Pk 只有 0.06Mpa，相差 3 倍多） 。
对此，不能一概而论，同样要求的流量特性曲线，大“大水”位置时启动水量为在容量≤10L/min 的热水器上，设置水量恒定装置还有另外一个作用前面已介绍过，对设计合理，供水充足的城市供水管网，用户的入户水压变化范围是 0.1～0.45MPa ，设计规范要求是 0.05～0.4MPa如果在热水器设计时，把压力界限值 Pk 选定在 0.1MPa，则即使热水器安装在高度不同的用户家，热水器的工作水量是相近的（热水器的运行工作点相近） ，这对生产厂家与用户均会带来方便但对容量≥16L/min 的大容量热水器，因其压力界限 Pk 已高达0.2MPa，而用户的实际使用工况，经常是在供水压力小于 0.2MPa 范围内，所以水量恒定装置的实际作用不大（有的 16/min 热水器就没有设置水量恒定装置） 最难处理的是房顶水箱供水系统，在夏季用水高峰期间，入户水压大多低于 0.1MPa（热水器工作水压多在 0.03～0.1 MPa间波动） ，此时水量恒定装置便很难发挥作用热水器容量（ L/min） 5.5 7.0 8.0 10.0 16.0压力界限 Pk/MPa 0.06 0.08 0.08 0.10 0.20P≥P k 后的恒定水量（L/min） 5.5 7.0 7.5 8.0 13.02、舒适淋浴的要求调查表明，要获得舒适的淋浴首先是热水温度要适宜（热水温度与人的体质、习惯有关。
夏季约在 38℃，春秋季约 40V，冬季约在 42℃，使用中热水温度波动应小于 ±1℃） 其次，水量不能偏小，宜≥7L/min（水量过大也不好，显得浪费） 水量调节可由用户自己去完成（开启水阀，使热水器启动后，按用户要求将水量调到合适大） ，但把水温调节到合适值相对比较困难，特别是对儿童、老年人需要说明一点，热水器在夏季、冬季使用时热水温度受负荷调节范围的限制比如在冬季（热水器满负荷运行） ，1 台 8L/min 热水器只能最多提供 6L/min，43℃的热水，要超过 6 L/min（保持 43℃）或超过 43℃（保持 6L/min）都是不可能的，如表 9-1同样，在夏季（热水器在 30％全负荷下运行） ，1 台 8L/min 热水器要供应 38℃的热水，最小水量必须达到7.5L/min，若供水压力偏低，水量达不到 7.5L/min，则热水温度会超过 38℃（见表 9-2） 所以有的用户反映，自己的热水器“冬天水不热，夏天水太热” ，其中一个原因是超过了热水器的热负荷调节范围3、加热过程特性观察热水器的加热过程，冷水温度为 t0、流量为 V1，流经换热器后被加热成温度为 t 的热水输出；热水器的热负荷为 Q（输入热量） ，则加热过程满足下述热平衡关系：ηQ＝η·V 2·H1＝V 1·Cp·（t－t 0） 9-1其中： V1 表示水流量，L/min；Q 表示输入热量，MJ/hV2 燃气耗量，Nm 3/hH1 表示燃气低热值，MJ/Nm 3t0 表示冷水温度，℃η 表示热效率，％Cp 表示水比热，J/ （kg·℃）公式变换：t＝t 0+（ηH 1）/C p·（V 2/ V1） 9-2式 9-2 指出了热水器加热过程的一个重要特性，即热水器温度 t 受到冷水温度 t0、热水器特性值（ηH 1）/C p、燃气与水流量比值 V2/ V1 等 3 个因素的影响。
冷水温度 t0 升高，热水温度 t 增高；燃气与水量比值 V2/ V1 增大，热水温度 t 也增高特别要批出热水温升（ t－t 0）正比于燃气量 V2（燃气量加大，热水温升增大） ，反比于水量 V1（水量加大，热水温升减小） 热水温升（t－t 0）由燃气、水量比值 V2/ V1 确定当水量因偶然出现的干扰变化时，只要改变燃气量V2 使 V2/ V1 不变，则热水温升不变（当燃气量发生变化时情形也一样） 这是热水器恒温调节的基本概念式 9-2 也从定量上指出了燃气量 V2，水量 V1 调节的依据为了获得用户所设定的热水温度 t，用变化 t0 与（ηH 1）/C p 值的方法是不可能的，只有改变 V2/ V1使用经验又表明，大幅度改变水流量 V1 会损害淋浴的舒适性所以，只能采用调节燃气量 V2，辅以水量 V1的微调（有的设计，则只调节 V2，不调节 V1） 这样，作为淋浴用的热水器，热水温度的恒温控制系统就是正确调节燃气量以满足设定水温的要求（出自这种需要，便研制出了燃气比例阀） 对于 1 台给定的热水器，热效率 η、燃气低热值 H1、水比热 Cp 均可近似看做常数（见表 9-3） ，代入式式 9-2 得到：表 9-3 不同燃气热水器的特性值燃气种类 低热值 H1/（MJ·Nm -3） （ηH 1）/C p焦炉煤气天然气液化石油气17.6336.44100.763.457.1319.71热效率 η 取 82％， Cp 取 4.2 MJ/（ Nm-3·℃）集炉煤气 t＝t 0+3.45·（V 2/ V1）天然气 t＝t 0+7.13·（V 2/ V1）液化石油气 t＝t 0+19.71·（V 2/ V1）可以看出，当控制系统检测到冷水温度 t0，冷水流量 V1，用户设定的热水温度 t 值后，由式 9-3 便可立即计算出（电脑完成）此时所需的燃气量 V2，并指挥燃气比例阀（蝶阀）输出相应的流量，从而完成初调过程（热水器的热效率，燃气热值，在长期使用中会有波动，所以按式 9-3 计算出的燃气量只能是近似值） 。
以一台使用液化石油气的 12/min 热水器为例：假定冷水 t0＝10℃，要求水量 7/min（折算每小时 0.42 立方） 热水温度 43℃，则需输入的燃气量 V2 为：V2＝（t－t 0）·V 1/19.71＝（ 33·0.42）/19.71 ＝0.7Nm 3/h假定冷水 t0＝30℃，要求水量 8/min（折算每小时 0.45 立方） 热水温度 38℃，则需输入的燃气量 V2 为：V2＝（t－t 0）·V 1/19.71＝（ 8·0.45）/19.71 ＝0.19Nm 3/h上述计算也说明：冬、夏之间热水器热负荷的变化可高达 3.7：1如果热水器不是作为淋浴，而是供洗涤用，也可采用大幅度调节水量来改变水温同时，式 9-3 还指出自动恒温系统需设置的检测装置是冷水温度 t0，水量 V1，燃气量 V2，热水温度 t 等一般，在供水入口附件布置温度检检点以检测冷水温度 t0，布置水流量传感器检测水量 V1，燃气比例阀（蝶阀）的控制电流便代表了燃气量 V2，在热水出口布置温度测点以检测热水器温度 t，从而知道实际温度与设定温度 t 间的差距。