近几年来，随着世界能源的日趋紧张，能源价格呈不断上升趋势。而国内目前能源的利用率仅为30%，比发达国家低50%以上，能耗居高不下，如何有效地利用有限的能源成为世界瞩目的问题。普通大气式燃烧的壁挂炉因其结构简单、技术成熟，在供暖供热领域还占主导地位，但在壁挂炉应用较早和普及率很高的欧洲，很多国家为了更为高效地利用能源，法律强制规定必须使用更为高效率的壁挂炉产品，即冷凝式壁挂炉（以下简称冷凝炉）。在未强制规定的地方，冷凝炉的应用也已普及，其销售量已经超过常规壁挂炉，占据壁挂炉总销量的70％以上，根据欧盟2020计划，自2015年起，欧盟市场上将只允许销售冷凝壁挂炉，该政策不仅要求所有成员国遵守，连其他准备加入欧盟的国家如土耳其等，也要遵守实施。在节能减排已成为一种绿色概念的大前提下，我国政府相关的行业、国家标准也相继实施，鼓励和要求推广高效、节能、绿色环保的节能产品。据某权威机构统计，自1998年始，家用壁挂炉在中国进入快速发展时期，其每年以15%左右的销量递增，2012年的全国销量已经达到130万台左右，并在今后的几年中将继续保持20%～30%左右的增长势头。随着包括欧洲供暖市场冷凝技术的迅速崛起，许多国内壁挂炉企业开始重视全预混燃烧冷凝式技术，并将拥有该先进技术作为企业提高产品市场竞争力的重要战略。以高效、节能为亮点的全预混燃烧冷凝式壁挂炉，已然成为当前国内供暖市场的未来趋势。据统计，冷凝壁挂炉的销量已经从2011年的10000台提升到了2013年的30000台，其增长速度远远超过了整个壁挂炉行业的平均速度。冷凝原理介绍在介绍冷凝炉之前，首先介绍一下冷凝的概念。在天然气的完全燃烧过程中,作为燃烧产物，我们得到二氧化碳和水。即燃烧1Nm3的甲烷和2Nm3的氧气，生成1Nm3的二氧化碳和2Nm3的水蒸气。CH4+2O2=CO2+2H2O+Q放出的热量Q为:34,020千焦。在这里需明确两个概念，低热值和高热值。所谓低热值，指1Nm3燃气完全燃烧后其烟气被冷却至原始温度，但烟气中的水蒸气仍为蒸汽状态时所放出的热量。所谓高热值，指1Nm3燃气完全燃烧后，其烟气全部被冷却至原始温度，而其中的水蒸气以凝结水状态排出时所放出的热量。高热值与低热值的差值即水蒸气的汽化潜热。在上述化学反应方程式中，H2O是以水蒸气的形式排出的，因此Q为低热值。如果使燃烧产生的这部分水蒸气冷凝，可以得到另外一部分热量，即汽化潜热。非冷凝状态冷凝状态通过冷凝1Nm3的水蒸气,我们可以得到1885千焦热量,所以当我们燃烧1Nm3的甲烷CH4，我们可得到3770千焦热量。这样，对于天然气：高热值=低热值+3770千焦=37790千焦。这个值是天然气和氧气在完全燃烧即理论状态所得到的值。在实际燃烧的过程中，天然气是和过剩的空气混合燃烧的。这样就增加了排烟热损失，并且限制了烟气中水蒸气的冷凝。对于一个壁挂炉，我们用热效率()来定义其性能指标。热效率是壁挂炉提供的有效热量与其使用热量之比。即热效率=有效热量/使用热量，这里使用热量以低热值为基准计算。按照之前的燃烧化学反应方程式，从理论上计算，所有热量全部有效使用，即没有热量损失，则热效率为：=37790/34020=111%，这个与传统意义的最大热效率100%的差值11%就是汽化潜热所占的比例。实际上，燃烧肯定有热量损失，有效热量与使用热量的差值即为潜热损失、显热损失等。对于传统壁挂炉，使用天然气为能源。假设提供相当于111%高热值，便有11%的汽化潜热没有被利用，而以烟气中水蒸气形式排出，即低热值为100%。一部分显热也是通过烟气排出，设显热损失为8%。则壁挂炉热效率为：=(111%-11%-8%)/100%=92%(使用热量以低热值计算)对于冷凝炉，以天然气为能源。也提供相当于111%高热值。烟气在低于露点的温度中冷却，一部分水蒸气在冷凝中释放汽化潜热，设有效利用9%，损失为2%。烟气在热交换器中冷却的时候，烟气中一部分显热也会被回收，设有效利用7%，损失为1%。则壁挂炉热效率为：=(111%-2%-1%)/100%=108%(使用热量以低热值计算)从以上分析及图表，我们就可以很清楚地得知为什么会有热效率大于100%的壁挂炉了。由于我们国家一直以来采用的是以低热值为计算基准的热效率评价体系，若按照高热值为计算基准来计算，我们可以得到：传统壁挂炉，热效率为：=(111%-11%-8%)/111%=82.9%(使用热量以高热值计算)冷凝壁挂炉，热效率为：=(111%-2%-1%)/111%=97.3%(使用热量以高热值计算)这样，就从根本上论证了输入热量始终大于输出热量，热效率应该小于100%了。要得到汽化潜热，必须使燃烧产生的水蒸气冷凝出来，就必须使烟气达到其露点温度。所谓露点，指的是一个温度，达到这温度后，烟气中的水蒸气转化为液态水（冷凝水），然后放出热量。而烟气是否能达到其露点温度，与过剩空气有很大关系。下面的图表就是天然气在燃烧过程中，烟气中水蒸气冷凝的温度（露点）与过剩空气比例的关系。如上图所示，在过剩空气的比例为30%时，烟气中的水蒸气能够在55℃冷凝。如果过剩空气越少，露点温度越高，越易使烟气中水蒸气达到露点温度，水蒸气就越易冷凝。反之，若过剩空气越多，则露点温度越低，燃烧产生的水蒸气就越难冷凝。据有关实验证明，对于天然气的燃烧工况，过剩空气系数在25%～30%的范围内，最容易形成冷凝状态。因此，要使燃烧工况尽量接近最佳燃烧配比，就要精确地控制燃气与空气的混合比例。冷凝炉一般的排烟温度在50～70℃左右。如果壁挂炉运行温度越低，则排烟温度越低，就越易达到冷凝状态，其相应的热效率就越高。上图表示在40/30℃的系统运行温度下得到的年度工作负荷加热曲线。从上图可知，冷凝炉运行在40/30℃时，几乎全年在冷凝状态下运行，得到极高的年度热效率。下图表示在75/60℃的运行温度下得到的年度工作负荷加热曲线。可知，冷凝炉运行在75/60℃的较高温度时，全年58%的时间在冷凝状态下运行，得到较高的年度热效率。从上面两张图，我们还可以得出另一个结论：室外温度越高，系统运行温度越低，冷凝炉的负荷运行比例也越小，效率也越高。虽然各个不同地域的气候具有不一致性，但真正寒冷的天气也就那么几天，即冷凝炉运行在100%的负荷状态时的时间比较有限，而大部分时间是运行在具有较高效率的部分负荷中。从以上分析我们还知道，冷凝炉特别适用于低温热水地板采暖系统。从前面对冷凝原理的分析可知，冷凝炉要实现冷凝，其内部结构必须满足以下几个要求：1）保证燃气与空气的在一定的比例范围内混合燃烧；2）降低排烟温度，使烟气能达到露点温度，形成冷凝水，释放出汽化潜热；3）有效的吸收烟气中的余热，较少显热损失；4）智能化的控制系统；5）相关的附件，如冷凝水收集装置。有了以上几个必要的条件后，冷凝具体是以什么结构形式出现的呢？下面介绍其内部结构及原理。实现冷凝的核心部件是全预混燃烧器、变速风机和比例式燃气阀。原理见下图：上左图表示燃气与空气预混合过程。上右图表示变速风机控制预混空气量，并与燃气量实现联动控制混合比例，经过文丘里管再充分混合，引入到燃烧器，进行充分燃烧。燃烧产生的烟气与主换热器内的循环水形成对向流动，在主换热器表面进行充分接触、换热。高温烟气经过换热温度降低，达到露点温度，形成冷凝水，释放出汽化潜热，剩余烟气由烟道排出到室外。产生的冷凝水由收集器收集起来再统一排放。