浅谈壁挂炉之设计

几年前，在北方地区随机询问几位老百姓“你知道壁挂炉吗？”回答都是不知道。今天，再询问同样的问题，可能有人会说“我家就有”。
据不完全统计，从1997年4000台的销售量到08年的33万台，壁挂炉已经初步形成一个全新的行业。现在，中国市场上至少有200万台以上壁挂炉在使用，且现在以每年30%以上的平均增长率稳步发展。2008年10月成立的“分户燃气供暖协会”，作为一个非政府组织，将承担起规范、监控、引领中国壁挂炉行业的重任。笔者作为一名从事壁挂炉研发工作多年来的壁挂炉人，见证了这一过程，结合自己的体会，就壁挂炉设计谈谈个人看法。
产品设计，在产品生命周期管理(PLM)过程中是非常重要的环节，能否将市场调研后形成的市场需求说明(MRD)和产品定位、国家标准、认证、法律法规、企业标准、国外先进标准等转化为产品特性目标文件(POD)，需通过产品设计表现出来，达到了设计目标，即认为是一项合格的设计。当然，新产品能被用户接受，开拓了市场、提高了销量，为企业带来了利润和口碑。
欧式壁挂炉设计被认为引导全球发展的趋势，现在欧盟的相关标准逐步转变为ISO标准，也充分说明了欧洲的设计理念和产品被全球所接受。但欧盟27国的地理位置和气候条件也不近相同，特别是气质条件，需要按照销售目的国的气质成分等条件进行测试。相对中国而言，欧洲的气源变化较小。然而，中国更复杂的使用环境需要我们去仔细调研，只有将不同地区、同一地区的不同供气单位的气源成分落实明白；不同季节的水压变化、水温变化、电压偏差做到心中有数；不同用户的终端系统和设计要求进行了排查；最终用户的生活习惯、使用习惯、关注点、期望值等了解清楚，做好了MRD文件。可以说，产品符合了用户最基本的使用要求。
早期，原装进口壁挂炉在个别地区出现了“水土不服”问题：气质成分不符、建筑电路错线、电压波动、采暖系统问题、高层建筑的排烟安装问题等导致许多用户对产品质量产生了严重怀疑，其实我们现在认为就是“本土化”了解不足。
近两年来，国内壁挂炉品牌的增长，类似07年“中国股民”。既令人欣慰，又让人担忧。欣慰的是：有这样多的资本进入壁挂炉行业，能推动行业向前发展。担忧的是：低质化、低价恶性竞争的“双低”趋势可能会摧残一个新生的行业。从设计的角度看此问题，就是一个品牌对自己在行业中的定位、产品在市场中的战略定位问题。
“壁挂炉”不像普通家用电器，买回家后，开箱、插电、开机就好。客观地说是个半成品，需要符合壁挂炉正常工作的水、气、电、终端系统、热负荷、给排气等条件，才能达到最佳的工作状态。根据产品在市场上的定位，需要我们确定产品的设计标准和依据进行开发，如果我们的设计是按照欧洲标准EN483+EN625（新国标）开展，而不是按照快速式燃气热水器的标准（GB6932）设计，那么需要我们重点考虑的就是如何确保产品的安全性、可靠性、舒适性、节能性和环保性等。
1 安全性
自动截止阀经过25万次的带负载寿命实验后，截止阀的关闭功能、气密性、气密力需符合要求；电子控制器的设计要按照余裕量设计、程序、软硬件进行安全评估、进行内、外部故障自诊断技术、进行严格的电磁兼容测试（EMC）、高低电压测试、电压暂降、电压中断、电压变化实验、电源频率变化、电涌抗扰度等实验需符合要求；非正常燃烧时气流监控CO安全关闭功能等，这些安全指标在GB6932中是找不到的，也是确保安全的最严酷指标。
2 可靠性
燃气通路上的自动截止阀、气流监控装置的压力传感器、火焰监控装置、控制水温的温控器、自动燃烧控制系统均需在一定的负载压力下寿命达到25万次标准要求，而GB6932中最高为3万次，差距较大，两种可靠性的部件价格差距也大。
3 舒适性
特指生活热水。在欧标EN13203-1中舒适性性指标可以概括为“123”六项评估指标。1是指一个最小流量，也可以理解为最小功率或功率比，最小功率越小，得分越高；2是指两个时间：加热时间和稳定时间，时间越短，得分越高；3是指三个温度波动：流量恒定温度波动、流量变化温度波动、连续排水温度波动，波动越小，得分越高。根据测试后的最后得分，将舒适性分为四级，级别越高，舒适性越高。（笔者在2009年7月《壁挂炉月刊》中的《热水舒适性指标的分析评估研究》中有详细阐述）而GB6932中只有三项指标，没有分级，只有合格与否，也就是没有舒适性概念，更没有在产品上标识，而这项指标恰恰是中国老百姓切身感受到洗澡时的“或冷或热”指标。
4 节能性
国标GB20665将能效标准分为三级：一级标准大于96%，最低标准大于84%。欧洲目前的主流产品采用的全预混冷凝技术、气动型空气/燃气比例控制技术、电动型空气/燃气比例控制技术。新技术和新材料的使用，可以将效率最大提高到108%（不包括可再生能源），功率比达到1：10的水平，能源利用率提高了23%。
5 环保性
节能和环保是当今全球各国面临的巨大挑战。烟气中CO和NOX的含量，这两类有害气体对大气和水资源环境均有影响，采用新技术降低产品燃烧过程中这两类气体的含量，新国标将采用分级推荐标准采用，含量越小，技术越高，对环境影响越小。
除去以上五大主要性能之外，按照产品生命周期管理（PLM）各阶段的定义，在产品交付期、产品使用期、产品保养期、产品退市期，还需考虑的设计问题：
6 包装运输性能
包装运输设计，是否采用非环保设计，即采用不可回收材料来做包装的材料，如：发泡EPS等。中国版图较大，产品从工厂到终端用户需要经过3-5次的搬运、仓储运输。可能经过几千公里的高速、国道、省道、崎岖不平的山路，产品是否能安全无损到达用户家中，采用怎样的标准进行验证？可以参照美国材料协会 ASTM 有关于包装运输试验方法，其中包括静载荷堆码试验方法、压力试验方法、跌落试验方法、水平冲击试验方法、可控水平冲击试验方法、随机振动试验方法等。
7 可维修性和互换性
在产品使用期和保养期，需要考虑技术服务人员对易损部件的可维修性、互换性。能在较快时间，用简易合理的方法进行拆机、更换、调试、测试。各部件系统设计应采用模块化设计，五大系统结构应合理布局，框架结构件之间的连接紧密，各部件之间的物理接口宜采用常规连接，既保证连接的可靠性，又保证维修的方便性。对温度敏感的电子器件固定位置需要避开高温区域；对高电压有影响的电子器件需要对线路进行合理布置；对湿度有影响的部件需要密封处理；对高温燃烧和烟气接触的材料需要使用专用镀膜金属板材制作；考虑批量产品装配一致性需要使用模具制作，不使用剪板机或数控中心加工等。
8 更新换代连续性
当产品在市场上销售一定阶段后，随着新技术、新工艺、新材料的使用，部分老产品将进入产品的退市阶段，市场上使用的产品需要保留一定数量和一定阶段的常规配件或可以代替的在产部件，不能因缺少配件更换产品。所以需要设计人员在新产品上市老产品退市时，同时兼顾老产品的版本升级，做到产品延续和品牌延续。
若以上设计性能认为是合理的话，如何通过测试鉴定评估为合格的产品？是的，需要先进的标准和测试方法，行业标准CJ/T228-2006作为第一部非等效采用EN483欧洲先进燃气两用炉标准，由于是推荐性标准，没有强制执行而被大家所“冷落”。GB6932《燃气快速热水器》仍然是各品牌设计的最低依据，所以具有燃气热水器生产许可证的企业也大量生产燃气两用炉。新国标预计在明年将颁布实施，可以说一部先进的标准将对整个两用炉行业产生较大的影响。纵观欧洲燃气两用炉产品标准的发展历史和实施现状，需要我们做的工作还很多。一份产品标准无法覆盖庞大的零部件标准体系，如：EN88、EN125、EN126、EN161、EN298、EN1854等一系列的先进零部件标准，是支撑EN483产品标准的基础。同样我们需要具有等同欧洲零部件标准的标准体系并强制实施，将会培养一批技术创新、质量可靠、工艺先进、质优价廉的核心零部件供应商，那时中国创造的两用炉将会遍布世界各地，真正成为世界的“设计梦工厂”。现实说明：安全、可靠是壁挂炉的基础，节能、环保是时代的潮流。