2024年5月31日发(作者：召璞玉)
|分户供暖专栏|
Household Gas Heating Column
延伸
阅读
朱高涛，1982年4月生人，壁挂炉事业部研发总监。研究生毕业加入艾欧史密斯（中国）热水器有限公司，
先后多次荣获艾欧史密斯集团公司价值观推动产品创新奖南京总部和美国总部当选奖状，并获得十余项国家创
新型专利。此外，朱高涛和他的团队自2011年开始，通过无数次燃烧试验，模拟积灰试验及数据分析，2013
年成功攻克行业难题，研发首台适应中国用户环境的商用级分段燃烧壁挂炉产品，该产品一经投放市场，大大
提升客户对壁挂炉产品的使用体验和信心，并夺得暖通空调行业产品创新奖。
介绍智能分段燃烧技术在燃气采暖炉上应用的优点，阐述如
何进行火排数量的分配以及电磁阀和燃气比例阀的逻辑控制，
从而实现更好的恒温调节。
分段燃烧技术
在燃气采暖热水炉上的应用
艾欧史密斯（中国）热水器有限公司/朱高涛 徐赛锋
由于我国用户环境复杂多样，不同季
节冷水进水温度有很大差异，欧系燃气采
暖热水炉产品在引入中国市场以后，出现
很多用户抱怨生活热水出水温度波动、忽
冷忽热的问题，特别是寒冷的冬季和炎热
的夏季——夏季水太烫，冬季水不热。这
一现象主要是因为不同季节的进水温度差
异很大，而采暖炉产品的功率范围不能适
应宽域调节而导致。燃气快速热水器上普
遍使用的智能分段燃烧技术在恒温调节中
起至关重要的作用，它可实现在进水流量
和进水温度以及燃气压力有变化的情况下，
通过快速精准的负荷调节保持用户所设定
的出水温度恒定，真正实现舒适恒温热水。
针对中国用户环境开发产品，我们认为有
必要在采暖炉产品上引入该技术，给客户
带来更多价值。
1 分段燃烧的原理和优点
燃气采暖热水炉的燃烧系统由气阀、分配器、燃烧
器等主要零部件组成。控制器根据负荷需求调节气阀比例
阀电流的大小，从而改变进入分配器的燃气流量。分配器
通过喷嘴的引射作用将燃气和空气的混合气体引入燃烧器
进行充分混合，最后在燃烧腔内进行燃烧。理论上可以通
过控制比例阀电流的大小来控制燃气流量多少，从而实现
燃烧功率从小到大的连续变化，但是随着燃气流量逐渐减
小，空燃比变大，火焰无法在火排上维持稳定燃烧，最终
熄灭。相反若燃气流量过大，则氧含量不足，无法充分燃
烧，CO排放增高，且同时火焰变高，甚至触及换热器，
导致换热器积碳。所以单个火排有一个燃烧负荷范围，一
般控制在0.7kW~2.3kW左右。因此无分段阀大气式燃烧
器的负荷比一般只能做到1:3。
分段燃烧技术是通过在分配器上增加一个或多个电磁
阀，用于控制燃气流量大小。当负荷需求减小时，电磁阀
关闭，火排数减少，功率降低。反之，电磁阀打开，火排
42
2017年8月
数增加，功率增大。从而扩展热负荷输出范围，负荷比能
做到1:6，甚至更大，因此能够精准匹配不同季节不同进
水温度所需的功率，解决夏季沐浴水温过高过烫，冬季出
水不热的难题，同时可以防止机器在采暖模式下频繁启动，
节省能源。
2 分段点控制
分段燃烧分段点的控制至关重要，直接关系着采暖炉
是否能够恒温出水。因为它决定三个重要的参数：1）最
小输出功率；2）重合区域大小；3）半段切全段的传火控制。
2.1 最小输出功率
采暖炉最小输出功必须满足半段燃烧时能实现超
低功率输出，维持用户用水需求。例如：夏天进水温度
t
w1
=25℃，用户设定出水温度t
w2
=35℃，进水流量L=5L/
min，根据式(1)可以计算出采暖炉所需的最小输出功率：
Q=Cm(t
w2
-t
w1
) （1）
式中：Q——采暖炉输出的热量，J；C——水的比热
容4.2×103J/kg
·
℃；m——水的质量，kg；t
w2
——出水
温度，℃；t
w1
——进水温度，℃。
代入式（1），计算可得Q输出min=3.5kW，根据
GB 20665-2006部分负荷热效率需大于84%，因此Q输
入min=4.2kW。单个火排最小功率为0.7kW，因此分段
时半段的火排数应为6个。
2.2 重合区域
采用分段燃烧的采暖炉，重合区域的选取范围尤为重
要，若重合区域过小，则当用户家进水流量发生微小变化
时，电磁阀会频繁工作，从而影响出水恒温性。若重合区
域过大，则最大热负荷输出将减小。以额定负荷28kW采
暖炉为例，设定功率输出范围为4kW~28kW，由于单个
火排最大功率为2.3kW，因此全段所需火排数至少12个。
由2.1计算最小负荷燃烧时所需火排数为6个，所以分配
器分段时应为半段6个火排，全段12个火排。通过改变
比例阀电流值分别测得半段和全段输出值见图1。
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28
26
24
22
）
20
W
18
k
（
16
入
14
输
12
Q
10
8
6
4
2
0
400110120
比例阀电流值（mA）
图1 半段和全段输出值
从图1可得两个结论：1）部分负
荷燃烧时6个火排的功率输出范围为：
4.1kW~15.1kW，全负荷燃烧时12个火排
的输出功率为12kW~29kW。因此重合区域
功率范围为12kW~15.1kW。以△t=25℃计
算，即在该重合区域内可以允许有1.8L水流
的波动。2）比例阀半段最大电子值应控制在
115mA，全段最小电子值应控制在50mA。
2.3 半段切全段的传火控制
当分段阀打开，燃烧器由半段转为全
段燃烧时，为避免水温过高，比例阀电子
值要快速减小，此时需关注燃烧器是否能
够成功传火。若采暖炉采用的是变速风机，
可以通过传火时适当的减小风机转速的方
法。若为定速风机，则可以通过优化火排
传火舌结构设计来提升传火性能。
3 恒温逻辑控制
采暖炉增加智能分段燃烧以后，其温度
调节范围得到很大提升。控制板通过不断检
测进水流量和温度，根据设定的目标温度，
通过式（1）计算所需要的热负荷，通过预
先输入程序的负荷与电子值的关系式，然后
调节比例阀的响应电子值，即温度的前馈调
节。若最后计算功率在半段燃烧范围内，则
关闭电磁阀，6个火排燃烧。若计算功率处
于全段燃烧范围内，则打开电磁阀，12个火
排燃烧。当处于重合区域内时，则维持之前
电磁阀的状态，仅通过电流值调节即可。然
后根据出水温度传感器检测出水温度，通过
PID进行后馈调节，最终使出水温度达到设
定温度。考虑到一些特殊地区热值差异较大，
恒温程序中应最好自带热值学习功能。
4 结论
本文首先介绍分段燃烧技术在燃气采暖
炉上应用的优点，然后以28kW采暖炉为例，
阐述分段燃烧控制时的3个重要因素：最小
负荷、重合区域、半段切全段的传火控制。
最后简单讨论控制器、气阀、电磁阀三者如
何协调工作从而实现恒温控制。分段燃烧技
术能够显著提升消费者的用水体验，可考虑
在采暖炉上推广使用。
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2024年5月31日发(作者：召璞玉)
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朱高涛，1982年4月生人，壁挂炉事业部研发总监。研究生毕业加入艾欧史密斯（中国）热水器有限公司，
先后多次荣获艾欧史密斯集团公司价值观推动产品创新奖南京总部和美国总部当选奖状，并获得十余项国家创
新型专利。此外，朱高涛和他的团队自2011年开始，通过无数次燃烧试验，模拟积灰试验及数据分析，2013
年成功攻克行业难题，研发首台适应中国用户环境的商用级分段燃烧壁挂炉产品，该产品一经投放市场，大大
提升客户对壁挂炉产品的使用体验和信心，并夺得暖通空调行业产品创新奖。
介绍智能分段燃烧技术在燃气采暖炉上应用的优点，阐述如
何进行火排数量的分配以及电磁阀和燃气比例阀的逻辑控制，
从而实现更好的恒温调节。
分段燃烧技术
在燃气采暖热水炉上的应用
艾欧史密斯（中国）热水器有限公司/朱高涛 徐赛锋
由于我国用户环境复杂多样，不同季
节冷水进水温度有很大差异，欧系燃气采
暖热水炉产品在引入中国市场以后，出现
很多用户抱怨生活热水出水温度波动、忽
冷忽热的问题，特别是寒冷的冬季和炎热
的夏季——夏季水太烫，冬季水不热。这
一现象主要是因为不同季节的进水温度差
异很大，而采暖炉产品的功率范围不能适
应宽域调节而导致。燃气快速热水器上普
遍使用的智能分段燃烧技术在恒温调节中
起至关重要的作用，它可实现在进水流量
和进水温度以及燃气压力有变化的情况下，
通过快速精准的负荷调节保持用户所设定
的出水温度恒定，真正实现舒适恒温热水。
针对中国用户环境开发产品，我们认为有
必要在采暖炉产品上引入该技术，给客户
带来更多价值。
1 分段燃烧的原理和优点
燃气采暖热水炉的燃烧系统由气阀、分配器、燃烧
器等主要零部件组成。控制器根据负荷需求调节气阀比例
阀电流的大小，从而改变进入分配器的燃气流量。分配器
通过喷嘴的引射作用将燃气和空气的混合气体引入燃烧器
进行充分混合，最后在燃烧腔内进行燃烧。理论上可以通
过控制比例阀电流的大小来控制燃气流量多少，从而实现
燃烧功率从小到大的连续变化，但是随着燃气流量逐渐减
小，空燃比变大，火焰无法在火排上维持稳定燃烧，最终
熄灭。相反若燃气流量过大，则氧含量不足，无法充分燃
烧，CO排放增高，且同时火焰变高，甚至触及换热器，
导致换热器积碳。所以单个火排有一个燃烧负荷范围，一
般控制在0.7kW~2.3kW左右。因此无分段阀大气式燃烧
器的负荷比一般只能做到1:3。
分段燃烧技术是通过在分配器上增加一个或多个电磁
阀，用于控制燃气流量大小。当负荷需求减小时，电磁阀
关闭，火排数减少，功率降低。反之，电磁阀打开，火排
42
2017年8月
数增加，功率增大。从而扩展热负荷输出范围，负荷比能
做到1:6，甚至更大，因此能够精准匹配不同季节不同进
水温度所需的功率，解决夏季沐浴水温过高过烫，冬季出
水不热的难题，同时可以防止机器在采暖模式下频繁启动，
节省能源。
2 分段点控制
分段燃烧分段点的控制至关重要，直接关系着采暖炉
是否能够恒温出水。因为它决定三个重要的参数：1）最
小输出功率；2）重合区域大小；3）半段切全段的传火控制。
2.1 最小输出功率
采暖炉最小输出功必须满足半段燃烧时能实现超
低功率输出，维持用户用水需求。例如：夏天进水温度
t
w1
=25℃，用户设定出水温度t
w2
=35℃，进水流量L=5L/
min，根据式(1)可以计算出采暖炉所需的最小输出功率：
Q=Cm(t
w2
-t
w1
) （1）
式中：Q——采暖炉输出的热量，J；C——水的比热
容4.2×103J/kg
·
℃；m——水的质量，kg；t
w2
——出水
温度，℃；t
w1
——进水温度，℃。
代入式（1），计算可得Q输出min=3.5kW，根据
GB 20665-2006部分负荷热效率需大于84%，因此Q输
入min=4.2kW。单个火排最小功率为0.7kW，因此分段
时半段的火排数应为6个。
2.2 重合区域
采用分段燃烧的采暖炉，重合区域的选取范围尤为重
要，若重合区域过小，则当用户家进水流量发生微小变化
时，电磁阀会频繁工作，从而影响出水恒温性。若重合区
域过大，则最大热负荷输出将减小。以额定负荷28kW采
暖炉为例，设定功率输出范围为4kW~28kW，由于单个
火排最大功率为2.3kW，因此全段所需火排数至少12个。
由2.1计算最小负荷燃烧时所需火排数为6个，所以分配
器分段时应为半段6个火排，全段12个火排。通过改变
比例阀电流值分别测得半段和全段输出值见图1。
30
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14
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12
Q
10
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400110120
比例阀电流值（mA）
图1 半段和全段输出值
从图1可得两个结论：1）部分负
荷燃烧时6个火排的功率输出范围为：
4.1kW~15.1kW，全负荷燃烧时12个火排
的输出功率为12kW~29kW。因此重合区域
功率范围为12kW~15.1kW。以△t=25℃计
算，即在该重合区域内可以允许有1.8L水流
的波动。2）比例阀半段最大电子值应控制在
115mA，全段最小电子值应控制在50mA。
2.3 半段切全段的传火控制
当分段阀打开，燃烧器由半段转为全
段燃烧时，为避免水温过高，比例阀电子
值要快速减小，此时需关注燃烧器是否能
够成功传火。若采暖炉采用的是变速风机，
可以通过传火时适当的减小风机转速的方
法。若为定速风机，则可以通过优化火排
传火舌结构设计来提升传火性能。
3 恒温逻辑控制
采暖炉增加智能分段燃烧以后，其温度
调节范围得到很大提升。控制板通过不断检
测进水流量和温度，根据设定的目标温度，
通过式（1）计算所需要的热负荷，通过预
先输入程序的负荷与电子值的关系式，然后
调节比例阀的响应电子值，即温度的前馈调
节。若最后计算功率在半段燃烧范围内，则
关闭电磁阀，6个火排燃烧。若计算功率处
于全段燃烧范围内，则打开电磁阀，12个火
排燃烧。当处于重合区域内时，则维持之前
电磁阀的状态，仅通过电流值调节即可。然
后根据出水温度传感器检测出水温度，通过
PID进行后馈调节，最终使出水温度达到设
定温度。考虑到一些特殊地区热值差异较大，
恒温程序中应最好自带热值学习功能。
4 结论
本文首先介绍分段燃烧技术在燃气采暖
炉上应用的优点，然后以28kW采暖炉为例，
阐述分段燃烧控制时的3个重要因素：最小
负荷、重合区域、半段切全段的传火控制。
最后简单讨论控制器、气阀、电磁阀三者如
何协调工作从而实现恒温控制。分段燃烧技
术能够显著提升消费者的用水体验，可考虑
在采暖炉上推广使用。
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