燃气壁挂炉在南方地区的应用及其配套燃气管道设计

我国长江流域以南地区是典型的冬冷夏热地区，冬季的室内平均温度一般不高于15℃，阴冷潮湿，人们的居住环境是非常不适的。
近年来，随着居民生活水平的提高和老龄化社会的到来，南方冬季采暖的能源需求逐年上升，而新型的采暖方式是健康生活的新选择。
一、南方地区采暖方式比较
由于南方地区采暖尚未普及，以散户为主，多为别墅、公寓和复式的小高层等高档住宅，所以不能像北方一样安装传统的供暖暖气和分区供暖系统，而以分户采暖方式为主。下面对目前市场上的几种分户采暖方式进行比较。
1.燃气壁挂炉采暖
燃气壁挂炉是以燃气为能源，以热水为媒介，采用辐射散热，既可以供热水，又可以供暖，是一种多功能的热水器。其优点是节能、环保、舒适；运行成本低；分户供暖，便于控制成本；体积小，不占用使用空间，既显示了个性化，又突出了经济适用性。
2.家用空调采暖
中国南方地区由于历史习惯，居民住宅中无须预先设置采暖设施，但由于南方湿度大，空气中的水分多，这样反而加速了热传导，导致在南方冬季显得寒冷，一般采用空调取暖。但空调取暖的弊端显而易见：耗电量大，空气干燥，浮尘增多，舒适度差。
3.电暖器
电暖器将其周围的空气加热，热空气上升，冷空气补充进来，然后再对冷空气加热，从而使得冷热空气形成循环。这样就可以快速而有效给整个房间补给热量。而且，风速平缓且不由风扇吹动，形成空气循环的主要原因是对流，从而有效地避免了排风扇的噪音污染。在加热时没有金属发出的噪音，运行安静。
4.电热膜采暖
电热膜采暖是一种通电后能发热的半透明聚酯薄膜，电热膜采暖方式是以电力为热源，以电热膜为发热体，通过红外电磁波的红外线直接传热，有沐浴阳光的舒适感。但其耗电量大，电能不足的小区不宜使用。
通过上述比较并结合实际情况，目前南方地区应用最广的分户采暖方式是空调，但由于空调采暖的干燥性和不舒适性，越来越多的人倾向于新兴的燃气壁挂炉采暖，这将会出现一种新的市场竞争。下面针对这两种采暖方式进行更具体的比较。(见表一)
很明显，燃气壁挂炉不仅在舒适度、供暖效果上比空调更具优势，而且使用成本也仅为空调的42%。随着南方城市天然气管网的铺设，为燃气壁挂炉的使用和普及创造了条件。对于南方许多城市来说，新房装一套壁挂炉取暖系统，或者改造旧楼安装一套壁挂炉采暖系统，已经成为提升生活品质的重要指标，也越来越受到人们的关注，燃气壁挂炉的发展前景广阔。
二、配套燃气管道设计
由于燃气壁挂炉采暖是近年来新出现的产物，在以往的燃气管道设计中尚未考虑该部分的用气量，随着南方采暖的发展，越来越多的住户选择了以燃气壁挂炉为核心的冬季供暖系统，这也给燃气管道的设计提出了新的要求。下面针对燃气壁挂炉配套燃气管道的设计进行分析和探讨。

(一)室内燃气管道计算流量
1.计算方法
燃气壁挂炉包含了热水和采暖两个功能。国家标准规程中尚无针对燃气分户供热工艺计算的规定。结合此类工程设计的经验，燃气管道计算流量按照《城镇燃气设计规范》GB50028-2006 规定的同时工作系数法计算。计算步骤如下：
首先按照《城镇燃气设计规范》GB50028附录中给出的居民双眼灶和快速热水器的同时工作系数，用灶具负荷和住宅热水热负荷，计算管道燃气满足灶具和燃气壁挂炉热水供应功能的耗气量；然后按照《家用燃气燃烧器具安装及验收规程》CJJ12给出的采暖炉同时工作系数。用住宅采暖热负荷计算管道燃气满足燃气壁挂炉供暖功能的耗气量；二者叠加，作为燃气管道计算流量。
2.计算公式及同时工作系数
(1)计算公式
Qh=ΣkNQn
式中Qh——燃气管道计算流量(m3/h)；
k——燃具同时工作系数；
N——户数；
Qn——燃具的额定流量(m3/h)。
(2)同时工作系数

3.热负荷估算
1)采暖热负荷：采暖热负荷主要包括围护结构的耗热量和门窗缝隙渗透冷空气耗热量。对于采暖热负荷的估算，可采用单位建筑面积热指标法。
根据《城市热力网设计规范》第2.1.2
Qn=q·A·10-3
式中：Qn——采暖热负荷，kW；
q——采暖热指标，W/m,可按表4取用；
A——采暖建筑物的建筑面积，m2

2)生活热水热负荷
燃气壁挂炉的生活热水负荷，是指为了制备生活热水所提供的热量，其计算方法如下：
Q=Σqs(Tr-Tl)Cρ
式中：Q—生活热水的设计供热量(W)
qs—器具的额定秒流量(L/S)，参照《建筑给水排水设计规范》GB50015-2003
Tr—使用时的热水温度(℃)，户内若采用双管供热系统，则Tr以55～60℃为宜，户内如果采用单管供水系统，则Tr一般为35～40℃。
Tl—冷水温度(℃)，参照《建筑给水排水设计规范》GB50015-2003
C—水的比热4187(J/kg·℃)
ρ—热水密度(kg/L)
（二）燃气管道水力计算
1.水力计算公式
低压（P<10kPa）燃气管道

中压（P≥10kPa）燃气管道
(1-2)
式中：Q0——燃气计算流量（m3/h）;
d——燃气管道内径（cm）；
H——压力差（Pa)；
P1——管道起点燃气绝对压力（MPa）；
P2——管道终点燃气绝对压力（MPa）；
S——燃气相对密度（空气为1）;
L——燃气管道长度(m).
2.附加压头
ΔP=9.8(ρk-ρm)h (2-1)
式中：ΔP——附加压头（Pa）
ρk——空气密度(kg/m3)；
ρm——燃气密度(kg/m3)；
h——计算管段标高差(m)；
3.允许压力损失
表5 从建筑物引入管至管道末端阻力损失允许值(Pa)

(三)用户比例
作为燃气壁挂炉的起源地欧洲，独立供暖的家庭约占家庭总数的70%，而在独立供暖的家庭中约75%使用壁挂式锅炉。
目前我国南方地区燃气壁挂炉的应用主要以别墅、公寓和复式的小高层等高档住房为主，随着经济的发展及人们对舒适度要求的提高，燃气壁挂炉市场发展会很迅速，因此针对不同类型的建筑，适当的考虑一定比例的用户使用燃气壁挂炉采暖是很有必要的。
精装修的建筑在有采暖需求的情况下用户比例可取100%；由于别墅、高档公寓、复式的小高层的业主经济条件较好，对于舒适度的要求也会较高，所以建议此类用户比例取为50%；此外一般档次的小区的燃气壁挂炉使用率不高，但考虑到以后市场的发展，建议考虑20%左右的潜在用户。
(四)调压方式
表6 推荐供气调压方式

(五)计算示例
1.计算条件
某户建筑面积约120m2，户内支管长度取3m，建筑层高取2.9m，设定燃气种类为天然气，热值为36.3MJ/m3，密度ρm取0.75(S=0.58)，燃气壁挂炉热效率取85%
2.热负荷
双眼灶额定热负荷6000W
采暖设计热负荷：Q=64W/m2×120m2=7680W
热水设计热负荷：
Q=1×0.2×(40-20)×4187×1=16800W
3.燃气额定流量
双眼灶额定流量：Qn=6×3.6/36.3=0.6m3/h
燃气壁挂炉采暖功能额定流量：
Qn1=7680/1000/85%×3.6/36.3=0.9m3
燃气壁挂炉热水功能额定流量：
Qn2=16800/1000/85%×3.6/36.3=1.96m3
4.灶具和燃气壁挂炉耗气量计算
Qn=Σk1NQn1+Σk2NQn2
其中：k1按表1选取，k2按表2选取，N为用户数
5.室内燃气管道计算流量汇总
表7 室内燃气管道计算流量汇总表（m3/h）

(单户时，以灶具及热水耗气量作为管道计算流量)
6.将上述参数代入公式1-1、1-2,计算出每个管段的压力损失，全部压力差叠加，附加燃气表的阻力损失（120-200Pa），得出从引入管道户内管末端总压力降，应小于表5规定的数值。
7.估算参考管径列表
1)用户比例为100%的情况：
表8 居住建筑天然气管道估算管径(mm)(100%)

2)用户比例为50%的情况：
表9 居住建筑天然气管道估算管径(mm)(50%)

3）用户比例为20%的情况：
表10 居住建筑天然气管道估算管径(mm)(20%)

1.安装位置：燃气壁挂炉可设置在厨房、设备间、阳台等通风良好的空间，且不应对燃气表、燃气管或电气设备产生不利影响(辐射热和烟气的影响)，其前方至少留600mm的检修空间。
2.管材：室内燃气管道宜选用钢管，中低压燃气管道分别采用无缝钢管(《输送流体用无缝钢管》GB/T8163)和镀锌钢管（《低压流体输送用焊接钢管》GB/T3091）。
3.燃气管道敷设要点：燃气管道应明设，煤气表后燃气管道分为两路，一路接至灶具，一路接至燃气壁挂炉。
4.其他要求依据《城镇燃气设计规范》GB50028-2006 第七章。
结论
南方采暖市场发展已度过了萌芽期，即将进入成长期，尤其是具有天然气资源优势的长江流域城市，前景非常好。燃气壁挂炉分户式采暖系统已经非常成熟，专业的暖通采暖公司也已经成长起来，数年来积累的客户口碑也已经显现，采暖的舒适性以及节能、环保也已经得到认可。资源优势加上经济的发展，加之人们追求高品质生活的愿望，可以预见，未来的南方采暖市场会更快的发展，必将带来壁挂炉市场的繁荣。因此，作为配套的燃气管道设计应适应市场的发展，适当的考虑部分用户燃气壁挂炉的用气量。希望本文能增进大家对燃气壁挂炉的了解并对燃气管道的设计有所帮助。