摘要： 比例調(diào)節(jié)已被應(yīng)用于燃?xì)獗趻鞝t的燃燒系統(tǒng)，特別是歐洲品牌使用比例閥較多，但使用比例閥的利與弊眾說(shuō)紛紜。本文從壁掛爐的用途情況和不同的換熱方式，對(duì)比例閥進(jìn)行了初步探討，說(shuō)明直流式兩用壁掛爐應(yīng)使用比例閥，而容積式壁掛爐可不必使用。
    關(guān)鍵詞：比例調(diào)節(jié)；燃?xì)?；壁掛爐 

1 引言
    比例控制起源于電加熱的爐溫調(diào)節(jié)。在只有通、斷的位式控制方式中，由于不靈敏區(qū)、熱慣性以及溫度探頭熱惰性問(wèn)題的存在而產(chǎn)生調(diào)節(jié)的動(dòng)差，即爐溫是波動(dòng)的。波動(dòng)的幅度越大，波動(dòng)的頻率就越小，反之，為使幅度變小則頻率變大。為克服這一相互矛盾的弊病，比例調(diào)節(jié)器應(yīng)運(yùn)而生。比例調(diào)節(jié)是指電爐的功率與輸入的偏差值成比例。即爐溫越接近設(shè)定值時(shí)功率越小。60年代初，有了大功率可控硅之后，比例調(diào)節(jié)才得到了廣泛應(yīng)用。
2 PID調(diào)節(jié)
    由于熱慣性的存在，比例帶不能太小，否則就象位式調(diào)節(jié)那樣造成不穩(wěn)定，產(chǎn)生較大的爐溫波動(dòng)。而比例帶越大，靜差越大，使穩(wěn)定后的爐溫永遠(yuǎn)也達(dá)不到設(shè)定的爐溫。為此，人們又在比例調(diào)節(jié)的基礎(chǔ)上加入了積分調(diào)節(jié)。這種比例積分調(diào)節(jié)器具有自動(dòng)克服靜差的功能。但是，積分作用的輸出是隨時(shí)間的增加而逐漸增加的，不能迅速地克服干擾對(duì)被測(cè)量的影響。尤其是熱慣性大的爐子，勢(shì)必使?fàn)t溫產(chǎn)生較大的波動(dòng)。因此，人們又在比例積分調(diào)節(jié)的基礎(chǔ)上增加了微分調(diào)節(jié)，而成為比例積分微分調(diào)節(jié)器，即PID調(diào)節(jié)器。
    比例帶，積分時(shí)間，微分時(shí)間是PID三個(gè)重要參數(shù)。由于他們的輸出同處于一個(gè)反饋電路中，所以改變?nèi)魏我粋€(gè)對(duì)三個(gè)參數(shù)都會(huì)產(chǎn)生影響，比例帶越小比例作用越強(qiáng)，積分時(shí)間越小，積分作用越強(qiáng)；微分時(shí)間越大，微分作用越強(qiáng)，但比例帶過(guò)小，積分時(shí)間過(guò)小，微分時(shí)間過(guò)大，都會(huì)使調(diào)節(jié)系統(tǒng)產(chǎn)生較強(qiáng)的震蕩，在實(shí)際使用中還必須根據(jù)被調(diào)對(duì)象的特性（功率、熱慣性、穩(wěn)定性等）以及執(zhí)行器的選配適合性來(lái)確定參數(shù)和調(diào)試，才能使?fàn)t溫穩(wěn)定保持在設(shè)定值上。
3 燃?xì)獗壤y
    電加熱功率大小的調(diào)整和變化可以做到非常的準(zhǔn)確和及時(shí)，但燃燒的功率調(diào)整就沒(méi)那么容易了。即使使用PID調(diào)節(jié)系統(tǒng)也是不能準(zhǔn)確、及時(shí)地調(diào)節(jié)火焰的大小。比例閥是通過(guò)水溫反饋信號(hào)，自動(dòng)調(diào)節(jié)電流，又通過(guò)線圈產(chǎn)生磁場(chǎng)力，磁力推動(dòng)永磁體和球閥，使閥開度與電流大小發(fā)生相應(yīng)的改變。暫不論幾次能量轉(zhuǎn)換，比例關(guān)系是否還能呈線性，就單指閥開度與流量的關(guān)系也不是線性的。大多數(shù)比例閥生產(chǎn)廠家給出的電流－流量特性曲線，實(shí)際上都是電流－壓力曲線，而且只能說(shuō)基本呈線性。因此產(chǎn)生了以下問(wèn)題：
   （1）隨著環(huán)保要求的苛刻，壁掛爐中的燃燒也很嚴(yán)格，一定的燃?xì)饬髁繎?yīng)對(duì)應(yīng)一定的空氣供應(yīng)和一定的煙氣排放，否則就不能夠保證完全燃燒和較高的熱效率。排煙量過(guò)大，空氣量大，降低熱效率;排煙不足，空氣少，燃燒不完全。燃?xì)饬髁坎怀示€性變化，即使用了變頻風(fēng)機(jī)也很難跟蹤;使排煙與燃?xì)饬髁砍杀壤?br>    （2）燃燒器換熱器的技術(shù)參數(shù)一般情況都是按額定負(fù)荷而沒(méi)什么，如引射器上的進(jìn)風(fēng)口、喉管、護(hù)張管、噴嘴位置等，都與一次空氣的多少和混合強(qiáng)度有關(guān)系。如不在額定負(fù)荷下燃燒，則一次空氣比例不對(duì)，燃燒狀態(tài)不好。進(jìn)入比例閥段時(shí)的火力小，煙溫低，流速慢，則放熱系數(shù)大幅下降，換熱器本身的熱損失也相對(duì)加大，而目前大多數(shù)廠家的排煙風(fēng)機(jī)只是兩檔變速，排煙量都很大，空氣系數(shù)很高，使進(jìn)入比例段的熱效率大幅度下降，許多廠家已明確的在說(shuō)明書或樣本中承認(rèn)，比例段的熱效率不足80%或更低。
4 不同的用途和使用條件
    大型工業(yè)爐的爐溫控制在電氣原理上接近于連續(xù)PID調(diào)節(jié)。空氣配比，直接跟蹤燃?xì)饬髁浚細(xì)饬髁勘旧硪灿凶詸z系統(tǒng)，能全面監(jiān)視燃燒狀態(tài)，還能全程記錄爐溫、燃?xì)饬髁亢涂諝饬髁?，這樣的大型復(fù)雜的控制系統(tǒng)還沒(méi)有用于壁掛爐業(yè)的先例。因?yàn)楸趻鞝t的使用環(huán)境不同工業(yè)爐，工業(yè)爐強(qiáng)調(diào)的是爐溫的穩(wěn)定、精確、比例控制不僅僅是比例閥的事情，而是整個(gè)系統(tǒng)的相互配合。我們希望隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，在不久的將來(lái)真正的比例閥調(diào)節(jié)系統(tǒng)控制的壁掛爐能夠投放于市。
    壁掛爐中水溫的波動(dòng)對(duì)于居室的溫度波動(dòng)影響不嚴(yán)重，這是由房間的保溫性和房間本身的熱容而決定的。如果散熱器的溫差為15℃，每1h波動(dòng)一次，則房間溫度幾乎無(wú)變化。使用比例閥的目的不在于此，而是防止電磁閥頻繁起動(dòng)，一是避免了點(diǎn)火噪聲，二是延長(zhǎng)了電磁閥的使用壽命。
    通過(guò)試驗(yàn)，在正常的供暖面積和額定負(fù)荷下，如果設(shè)定回差（設(shè)定與恢復(fù)啟動(dòng)溫差）15℃時(shí)，容積式壁掛爐每1h內(nèi)只啟動(dòng)1～2次，按每天24h全開，每年使用4個(gè)月則每年啟動(dòng)最多5000余次。目前標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定電磁閥的壽命為3萬(wàn)次，但實(shí)際均超過(guò)了5萬(wàn)次，即正常使用10年應(yīng)是沒(méi)問(wèn)題的；對(duì)直流式快速熱水，因沒(méi)有蓄存熱水，閥的啟動(dòng)比容積式的頻繁些，但使用8年也是足夠的。
    洗浴時(shí)的要求溫度波動(dòng)很小，容積式的設(shè)定1～2℃溫差，容積式壁掛爐2～3min則啟動(dòng)一次，直流式則不停地開關(guān)電磁閥，如果沒(méi)有火力調(diào)節(jié)，在夏季洗浴時(shí)，把熱水流量開最大，則也要每分鐘啟動(dòng)幾次至十幾次，對(duì)電磁閥的壽命影響較大，所以，直流式兩用型壁掛爐最好設(shè)置火力調(diào)節(jié)閥，盡管在小火狀態(tài)，熱效率低，但因洗浴時(shí)間不長(zhǎng)，對(duì)能源的浪費(fèi)影響不大，只是操作有點(diǎn)麻煩，需要予先調(diào)節(jié)火力。
    如果利用特殊的控制方式在洗浴時(shí)使其停機(jī)時(shí)間與熱慣性在相位上正好相差半個(gè)周期，則洗浴時(shí)的電磁閥啟動(dòng)次數(shù)將減少1倍，水溫的波動(dòng)也很小，春風(fēng)供暖設(shè)備公司生產(chǎn)的國(guó)森牌壁掛爐已經(jīng)達(dá)到了這種水平。
5 結(jié)語(yǔ)
   （1）檢測(cè)報(bào)告和銘牌、說(shuō)明書中的熱效率都是指在額定負(fù)荷狀態(tài)下，試驗(yàn)出來(lái)的，在實(shí)際使用運(yùn)行中，進(jìn)入比例段的熱效率則很低，翅片管直流熱水器的實(shí)際熱效率遠(yuǎn)低于容積式的。
   （2）翅片管直流式的兩用型壁掛爐應(yīng)該使用比例閥，否則將嚴(yán)重影響其使用壽命。
   （3）容積壁掛爐能儲(chǔ)存一定量的能量，停機(jī)后也能維持一段時(shí)間的熱能輸出，供暖時(shí)不會(huì)頻繁啟動(dòng)，沒(méi)有必要使用比例閥。

[1] 日本煤氣協(xié)會(huì)編. 燃?xì)鈶?yīng)用手冊(cè)[M]. 蔡玉琢，等（譯）. 北京：建筑工業(yè) 出版社，1988.
[2] 李均宜. 爐溫儀表與熱控制[M]. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1981.