燃气采暖热水两用壁挂炉与建筑结合案例分析

　　以燃气为主要能源的节能型燃气采暖热水两用壁挂炉（以下简称两用壁挂炉），在西方发达国家已有几十年的发展历史，除公共建筑和大型公寓外，民用建筑采用这种高品位、环保节能的分户采暖达到了60%～80%。中国家用采暖市场的兴起也是顺理成章之事。

　　目前，两用壁挂炉是新型采暖方式的主流产品之一。它以天然气、液化石油气、城市煤气和电等为能源，一家一户自成系统，同时解决热水、供暖需求，可供采暖面积在300m2以内，做到一机两用。其优势是：体积小、操作灵活；可避免冷热不均；按量收费，免除集中供暖收费的麻烦；热效率高，环保节能等。

　　目前在我国销售的两用壁挂炉大致分为3大类：欧款机型（包括欧洲原装进口机型和欧洲配件国内组装机型，如法罗力）、韩国机型（如大元）和国产热水器改装机型（如小松鼠）。经过近几年来的市场竞争以及消费者随着对壁挂炉的认识不断加深，欧款机型在国内市场的市场占有率超过了70％，壁挂炉行业走欧式风格的趋势已基本形成。

　　我国的两用壁挂炉市场目前主要集中在华北、西北、河南等地区。这些区域壁挂炉市场已经过了初期的市场培育期，发育得比较完全，消费者已经接受这种新型采暖方式，到了选择品牌的阶段。在市场表现方面，由于近年来市场容量的增大，预计全国约有1000×104m2住宅建筑采用了这种采暖方式，使用总量约为10万台，因此今后各个壁挂炉厂家的业绩都会有所提高。

　　目前，集中供暖、集中供暖分户计量以及分户供暖已经成为北方市场的主要供暖方式，其中能够享受集中供暖的住户约占总数的一半，接下去是分户供暖和集中供暖分户计量。建筑和暖通专家表示，任何一种供暖技术都有其优点，也都有其局限性和弊病，并不存在最好的，只是在现实工程条件下“比较适合”的，很难进行最优化选择。因为目前的住宅本身节能性能不高，所以为确保今后的供暖效果，建筑在设计初期就应扬长避短，充分发扬特定供暖技术的优点，尽可能减少其局限性和弊病。根据住宅所处环境的不同和建筑式样的不同，既要突出合理利用运行方式，又要结合当地能源的多寡，多元选择合适的热源。保证建筑节能是未来建筑的发展方向，只有满足了节能的要求，各种辅助的采暖方式才有发展的空间。要不断优化住宅设计，突现建筑最大限度节约能源。

　　壁挂炉安装问题

　　但调查发现，目前安装使用两用壁挂炉分户采暖的小区，采暖壁挂炉的安装位置有两种：一种是在厨房外面设计了一个阳台，将采暖壁挂炉安装在北阳台上；一种是直接安装在厨房内。排气筒直接从墙上或窗户上直接插出排放。从目前使用两用壁挂炉的安装情况来看，存在如下问题：

　　1）居民对壁挂炉的安全存在一定的心理压力。面对安装在厨房或封闭阳台内的燃气采暖热水两用壁挂炉，听着呼呼的燃烧声，使得许多居民对燃气热水器产生了一定的安全心理压力。住户外出或睡觉时间，心理总感到不塌实，许多老人都坐在厨房或阳台内看着燃烧，生怕熄火或有其它安全隐患。

　　2）影响厨房布置和美观。将壁挂炉安装在厨房内，必然占据一定的空间。特别是燃气管、进水管、洗浴出水管、采暖回水和进水管、溢流管共计6根管子，不能隐蔽安装和装修，对厨房内其他设施的布置、摆放造成了一定的限制和影响。如果将壁挂炉安装在阳台内，厨房变成了过道，增加了交通联系面积，严重影响厨房的完整性和采光、通风效果。

　　3）废气直接外排对小区环境造成了污染。壁挂炉的耗气量为7～8m3/（m2·a）。对于一个建筑面积为20×104m2的住宅小区，其总耗气量为1400000～1600000m3/a。天然气燃烧耗新空气量为14000000～19200000m3/a。所以平均每天需要消耗新鲜空气量为140000～160000m3/d。这样，在无风状态下，小区内低空环境的空气几乎处于静止状态，随着燃烧时间的持续，小区内近楼房空间处空气内的氧气不断被消耗，废气不断排放，会造成局部缺氧和废气含量增高，空气质量严重下降。缺氧会造成天然气不完全燃烧，使一氧化碳（CO）的浓度升高，同时使楼房近距离空气污染，通过窗户渗透到室内，对住户的室内空气质量造成一定的影响。由于二氧化碳比空气重，会造成人为活动空间二氧化碳含量高，氧气含量低，不利于人们的生活和健康。壁挂炉是从窗户直接外排，属低空、多点持续排放，燃烧废气对小区局部环境及室内空气容易造成严重污染。

　　笔者曾经参与了中原油田林海花园住宅小区的采暖施工图设计及调研工作。调查发现，两用壁挂炉具有经济、方便的突出优点，但存在着安全安装和废气对小区低空局部环境严重污染的新情况。比如，在北京回龙观小区，采用燃气壁挂式采暖洗浴两用热水器，虽然用户普遍反映效果较好，但在冬天小区内的空气质量受到了严重影响。由于低空多点、长时间燃烧废气持续排放，一进小区就有一股液化气味。众所周知，燃气废气的成分是CO、CO2和氮氧化合物，这些成分对人体健康都是有害的。住宅小区低空环境是居民生活活动的主要空气空间，楼群之间空气流动性差，自净能力较弱，遇到无风或多雾天气，燃气废气对人体的危害会更加严重。

　　燃气安全是事关居民生命和财产安全的一件大事，是国家施工图审查的重要内容。自1998年以来，燃气热水器的使用安全问题一直受到政府的重视。1999年颁布实施的《住宅设计规范》（GB50096-1999）对燃气热水器的安全安装提出了明确的要求，但设计人员真正在设计时却无法很好的执行，原因是缺乏有效的技术平台和配套产品。两用壁挂炉的燃烧负荷大，单位时间内的燃烧废气排放量以及燃烧时间都远远超过一般的燃气热水器，因此两用壁挂炉的安全使用问题比一般热水器给用户造成的心理压力更大，安全安装要求更高。

　　我国对燃气壁挂炉的安装要求

　　我国目前市场上的两用壁挂炉，都是近几年来从国外引入技术，主要有欧洲技术标准和日本韩国技术标准的两种产品。我国对两用壁挂炉的安全安装及废气排放的研究才处于起步阶段。

　　依据《住宅设计规范》（GB50096-1999）对燃气热水器的安装要求，套内燃气热水器的设置，应符合下列规定：①安装热水器的厨房或卫生间，应预留安装位置和给排气的孔洞。②燃气热水器的排烟管不得与排油烟机的排气管合并接入同一管道；单独接出室外时，其给排气技术条件应符合现行国家标准《燃气燃烧器具安全技术通则》（GB16914）的有关规定。③住宅内燃气管道和其它用气设备的设置，应符合现行国家标准《城镇燃气设计规范》（GB50028）的有关规定。

　　■《城镇燃气设计规范》有关规定：

　　第7.7.1  燃具燃烧所产生的烟气应排出室外。

　　第7.7.3  浴室用燃气热水器的给排气口应直接通向室外。排气系统与浴室必须有防止烟气泄漏的措施。

　　第7.7.4  用气设备的排烟设施应符合下列要求：

　　（1）不得与使用固体燃料的设备共用一套排烟设施；

　　（2）每台用气设备宜采用单独烟道；当多台设备合用一个总烟道时，应保证排烟时互不影响。

　　（3）在容易聚集烟气的地方，应设置防暴装置；

　　（4）应设有防止导风的装置。

　　第7.7.7  当用气设备的烟囱伸出室外时，其高度应符合下列要求：

　　（1）在任何情况下，烟囱应高出屋面0.5m.。

　　（2）当烟囱的位置邻近高层建筑时，烟囱应高出沿高层建筑物45度的阴影线。

　　■《小康住宅设计通则》（1998年）有关规定：

　　使用燃气热水器的住宅，应考虑热水器的安装位置，并保证有良好的通风换气措施。

　　■《住宅设计规范》（GB50096-1999）有关燃气热水器的安装技术要求：

　　第6.3.1　使用燃气的住宅，每套的燃气用量，应至少按一个双眼炉灶和一个燃气热水器计算。

　　第6.3.2　每套应设燃气表。安装在厨房内的燃气表位置应有利于厨房设备的合理布置。

　　第6.3.3　套内燃气热水器的设置，应符合下列规定：

　　（1）除密闭式燃气热水器外，其它燃气热水器不应设置于卫生间和其它无自然通风的部位，宜设置在有机械排气装置的厨房内；

　　（2）安装热水器的厨房或卫生间，应预留安装位置和给排气的孔洞；

　　（3）燃气热水器的排烟管不得与排油烟机的排气管合并接入同一管道；单独接出室外时，其给排气技术条件应符合现行国家标准《燃气燃烧器具安全技术通则》（GB16914）的有关规定。

　　第6.3.4  住宅室内燃气管道和其它用气设备的设备，应符合现行国家标准《城镇燃气设计规范》（GB50028）的有关规定。

　　■《家用燃气燃烧器具安装及验收规程》（CJJ12-99）为强制性行业标准，有关规定：

　　第3.1.2　设置吸油烟机等机械换气设备的房间及其相连同的房间内，不宜设置半密闭自然排气式燃具。

　　室外安装缓解安装问题

　　大量事实表明，燃气热水器具安全事故的一个共同特点就是不正确安装和使用。从我国现行有关强制性标准的技术要求可以得出如下结论：造成燃气采暖热水器具发生安全事故的直接的、表面的原因是不正确安装与使用；造成不正确安装的原因是住宅建筑不能提供满足燃气采暖热水器具正确安装所需要的技术条件，也就是当前住宅楼房根本无法正确安装燃气采暖热水器具，所以，住宅设计先天不足是造成燃气采暖热水器具产生各种事故的根本原因。正是意识到了问题产生的根源，因此，国家在1999年连续颁布了与燃气热水器使用安装相关《住宅设计规范》、《家用燃气燃烧器具安装及验收规程》、《燃烧器具安全技术通则》三部强制性标准。目的就是从根本上解决安装使用问题，确保居民身心健康和生命财产安全。

　　从笔者的调查和收集的资料表明，造成燃气采暖热水器具使用中的各种恶性事故的根本原因是“室内安装”所致。所谓“室内安装”，不仅包括在浴室内的热水器安装，也包括单元住宅内安装处与各房间有空间连通的热水器安装。

　　（1）室内安装方式使伤亡事故频发，给使用者带来严重的伤害和隐患

　　（2）室内安装通风换气不畅，是导致浴室发生恶性事故的主因

　　（3）住宅设计功能与燃气热水器安装使用要求不能相互满足，使用户处于担心而又无奈的地步。

　　就目前而言，无论是原有住宅还是在建住宅，多半是经济适用型楼房，大多没有考虑燃气采暖热水器具的具体安装位置与通风换气构造措施，就是个别的单元住宅设计考虑了此项要求，也多半因为采暖热水器具规格的多样性和分散采购的随意性，也不易使安装位置的预留满足采暖热水器具的安装要求。以烟道式采暖热水器具的安装条件来讲，安装说明书都是以坡屋顶的平房为例的。这种安装方式对于以居住楼房占大多数的城镇居民来说，除了顶层住户有可能满足要求外，大多数住户是无法满足安装条件的。

　　（4）居民缺乏采暖热水器具室内安装的专业知识，也是造成事故的重要因素。

　　国家行业标准《家用燃气燃烧器具安装及验收规程》（CJJ 12—99）的第3.1.2条规定：设置吸油烟机等机械换气设备的房间及其相连通的房间内，不宜设置半密闭自然排气式燃具。然而，在我们的调查中发现，许多住户都是在使用烟道式采暖热水器具时，打开吸油烟机进行通风。他们都以为这样“更安全”。

　　设计方案选择

　　随着国民经济的发展和居民生活水平的提高，各家各户安装洗浴设备是居民生活常事。根据目前居民的经济状况和燃气采暖热水器具的安装简便、造价低廉，液化气、煤气、天然气供应的普及，一般居民首选的供应方式必然是燃气采暖热水器具。因此，在住宅设计中必须解决燃气采暖热水器具使用的安全问题，使燃气采暖热水器具的使用达到安全、简便、经济的效果。

　　现行住宅设计规范（GB50096—1999）中的对热水器接口设计的技术要求，涉及到通风、水、电、燃气、建筑、结构6个专业。因此，燃气采暖热水器具是住宅中接口最多的产品。主要接口有冷水、热水（多处）、燃气、电气、给气、排气等。在有限的厨房或卫生间空间内，要符合给排水、燃气、电气、通风及建筑设计各种规范要求，合理完成这些连接，是复杂有困难的工作。如果保证通风，势必会增加机械通风设施，进而影响卫生间或厨房的空间布局。由于燃气采暖热水器具的型号、价格、安装方式要求的差异，设计人员费了许多精力设计出的预留接口和穿墙洞位置、大小不能满足用户自由选择产品的需求。因此，设计人员要真正设计出令住户满意的、满足技术规范要求的、兼容性的安装接口和位置，不借助一些功能设备，几乎是不可能的事情。因此，借助设备室外安装，是解决问题的最佳选择。

　　燃气采暖热水两用壁挂炉燃烧热负荷比普通燃气热水器大，燃烧时间比普通热水器长，一个采暖季要连续燃烧100～120天，把这样连续燃烧的燃气设备安装在厨房，无论设备的密封性多好，还是不免让许多使用者存在一定的安全忧虑和担心。给这样的危险设施一个专用的安全安装空间，需要的投资，仅仅是住户购买一套住房的0.5%。而一旦发生中毒或爆炸事故，造成人员伤亡的损失无法估计。因此，设计专用燃气采暖炉的安装空间，从我国居民的安全健康和经济承受能力方面考虑，是可行的、必要的。

　　实用案例

　　为检验的可行性，在中原油田林海花园施工图中对燃气采暖热水两用壁挂炉安装及废气集排系统进行了应用设计。在施工图中，对系统与建筑之间的协调、平面位置、安装连接做法、安装技术要求等有关事项都进行了详细的设计。

　　平面位置

　　林海花园小区有7种户型，按照厨房与模块系统位置，可以分为两种：70A型是一种（图1），其他6种户型为一种（图2）。

　　图1 70A型平面位置图

　　图2 其他楼型平面位置图

　　对建筑布局的影响分析

　　如图1、2所示，安装箱布置在厨房和卫生间的外侧，充分利用了窗间墙的位置，对卫生间和厨房的通风采光没有影响，不会对卫生间产生视线干扰，保证了“明厨明厕”。安装箱的设置对厨房的布置和使用没有任何影响。热水器配水管线线路短，在室内看不见热水器的连管，室内美观整洁。

　　安装及使用要求

　　燃烧室设计：燃烧室是安装燃气采暖两用壁挂炉的专用空间。在燃烧室的顶部和底部设有通风换气用百叶窗，在燃烧室的一个侧壁上设有安装壁挂炉的专用预埋件。燃烧室空间大小以必须具备良好的通风换气能力为前提。依据《家用燃气燃烧器具安装及验收规程》（CJJ12-1999）燃具的安装间距及防火要求，确定燃烧室的最小尺寸为：宽=设备宽+2×侧方间距（侧方间距不小于45～150mm）；厚=设备厚+前方距离（前方距离不小于45mm）；高度≥2.4m。燃烧室净空尺寸≥宽800mm×厚500mm×高2400mm。

　　排气道设计：排气道为一个矩形通道，在排气筒接入位置设有变压了冷凝水引流装置，排气道内采取了防水设计。主要技术措施是在混凝土中加入了抗渗剂，在内表面采用耐高温和酸碱涂料粉刷涂层，用以防止冷凝水对排气道的破坏。排气道的尺寸应能满足排气通畅的要求，由排气量、风速、噪音、设备风机静压等因素综合确定。①壁挂炉燃烧热负荷及废气排量。以小区户型建筑面积80～110m2为例，按照生产厂家提供的技术参数可查得所需最大热负荷为20kW，其稳定燃烧排气量为77.5m3/h。②出口风速。气体在排气时，速度越小，噪声越小；但速度小，烟到面积就大；而且风速与机械排风风机压力有关。经计算，确定其出口风速为1.5m/s。③依据壁挂炉试验改进后的专用壁挂炉的技术参数，主要是风级压力和压差。综合以上因素，结合建筑设计，风道净排风尺寸最终确定为：0.255m×0.34m=0.0867m2。

　　进气道设计：进气道为一个矩形通风道，是燃气壁挂炉进气筒插入的管道。在进气筒的侧壁上设有通风进气百叶窗，以保证美观和进气能力。依据燃气具燃烧热负荷计算，每小时耗空气量为77.75m3/h。因此，进气道要保证每小时进气量不低于77.75m3/h。进气速度按照0.8m/s计算，需要进气道面积=77.5/（0.8×3600）=0.027m2。结合建筑模数设计要求，实际面积为0.039m2；实际进气速度为0.55m/s。

　　在设计燃烧室和进排气道室时，提出了3个技术方案，并对每个方案的技术、经济指标进行了比较（表1）。

　　表1 燃烧室和进排气道室模块设计方案对比

　　由表1可以看出，模块化预制是最佳方案，将燃烧室和进排气道采用混凝土工厂整体成型浇筑，作为预制构件现场直接安装。

　　安装条件：燃气罐及燃气热水器室外安装箱（多功能燃气具室外安装箱主要是指燃气罐及燃气热水器室外安装箱，其中燃气热水器包括燃气采暖/热水两用壁挂炉。）可应用于新建住宅，亦可用于老住宅改造。其适用地区为全国各地以液化石油气、天然气、煤气为家庭生活燃料的地区。尤其适用于最低气温在－5℃以下天数较少、时间较短的地区。对于没有集中供暖的小区来讲，更方便安装使用单户取暖炉，既可以保证经济性又可以保证居民安全使用。

　　安装方式：燃气罐及燃气热水器室外安装箱的安装位置，宜靠近厨房和卫生间。安装方式有两种。方式一是附于建筑主体正侧面（见图3）。方式二是附设于建筑主体侧面（见图4）。优点是既保证了“危险设施与建筑主体彻底隔离”，又增加了使用面积，美化室内空间。安装方法简单，用户从室内操作简单易行。

　　图3                             图4

　　注意事项：室外安装箱不利的一面是，寒冷的冬天，热水器容易因使用不当造成冻结。不过，自1990年以后出厂的合格热水器，都具有防熄火、防干烧、防冻结保护装置。壁挂炉燃烧烟气出口温度按国家标准规定不能低于110℃。从网上查阅的资料来看，阿里斯顿的壁挂炉排烟温度为124.8℃，爱普生的壁挂炉排烟温度为134℃。这两家设备分别可以代表国外和国内壁挂炉的排烟温度，均符合国家标准规定。燃烧废气从壁挂炉排气筒进入排气道后，温度迅速降低，产生冷凝水，迅速完成水气分离，因此排气道内必须进行冷凝水防护处理。具体做法是：①在混凝土浆料中掺入防渗剂；②在排气道内壁板表面涂刷防水层；③在排气道内设引流和排水管。

　　中原油田林海花园的壁挂炉的安装按以上的设计方案不需要穿墙打洞，直接可以将热水器挂到安装箱内的挂钩上固定，将预留水管线接头连接可靠即可（图5）。配水设计时管线可以明确预留，放水防冻造作措施已经预留。布置紧凑，空间利用率高。通风循环良好，对室内无噪音和废气污染，不消耗室内的氧气（图6）。

　　图5 系统安装图                     图6 进气图

　　应用安装效果

　　本技术在中原油田林海花园小区实施，应用证明，产品设计达到了预期设计目标。见图7~10。

　　图7 安装后楼层外观图           图8 出屋面外观图

　　图9 室内效果                图10 安装壁挂炉工作效果

　　住宅单体节省投资效益显著

　　由表1比较可见，采用模块化分户采暖两用壁挂炉废气集排系统，比采用设备间、设置北阳台等安装方式每户节约投资1300～1600元。住户购房费节约住户节约购房资金3400元。以林海花园小区1968户计算，建设单位共节约投资260～310万元，平均每平方米建筑面积节约投资13～16元；住户购房费节约670万元，平均每平方米建筑面积节约26～31元。

　　采暖方式比其它方式经济效益明显

　　采暖是北方地区住宅的必不可少的功能之一，随着人民生活水平的提高，过渡地区也逐步要求采暖。采暖方式有集中供热方式、独立燃气采暖方式、电采暖方式等。不同采暖方式直接投资比较见表2。

　　表2 不同采暖方式直接投资（含增容费）的对比

　　林海花园小区总建筑面积为198000m2，住宅总套数为1968套，从一次性资金投入和每个采暖季用户支出费用的比较中（表3），可以得出结论：林海花园采用分户采暖废气集排创新研究成果经济效益显著。

　　表3 经济效益比较统计表

　　环境经济效益显著

　　采用分户采暖废气集排系统后，小区内无须建设暖气管网，不但美化了小区环境，而且可以节约楼房横向距离，增加居住密度，节约耕地，更有利于小区楼房布置。模块化分户燃气采暖热水两用壁挂炉及废气集排系统的推广应用，是小区内省去了换热站及管网敷设用地和占用的空间，可以提高建筑密度，节约用地。降低每平米建筑面积的耕地占用费，提高了开发利润，对国家和开发商都十分有利。

　　环保节能型分户采暖设备及安装模式有利于燃气分户采暖产业和设备的发展

　　分户燃气采暖热水两用壁挂炉经过在北京回龙观小区、珠江国际城、万和世家等住宅小区的应用，充分体现了分户燃气采暖的优点。在几个小区的应用中，也发现了以下缺点：①热泵启动，工作时产生一定的噪音，影响厨房内的环境质量；②低空多点直接废气室外排放，存在一定的室内空气污染和严重的室外楼房近距离空气严重污染问题；③由于室外污染，造成分户燃气采暖热水两用炉只能适用于低密度住宅。

　　从一次性投资、运行费用、控制使用自由度等方面占有绝对优势，但其工作噪音和室内轻度污染、室外严重污染的缺点，严重的制约了分户燃气采暖热水两用壁挂炉的使用范围和推广前景，甚至会导致住户拒绝使用，重蹈直排式燃气热水器被逐出市场的覆辙。

　　而分户采暖废气集排系统模块化技术研究成果，解决了室内安装的工作噪音和室内外空气污染问题。克服了分户燃气采暖热水两用壁挂炉的致命缺点。对我国住宅采暖方式的分户计量，建筑节能改造具有巨大的推动和技术支持作用；对分户燃气采暖热水两用壁挂炉产业的发展和住宅科技的进步，起到了巨大的技术推动作用。

　　有利于依靠科技政策提升住宅科技含量和住宅品质

　　申报住宅科技示范工程，可以利用国家优惠政策。目前本课题研究成果已办理河南省重点推广新技术推广证。依据河南省科技文件，林海花园小区已经具备了申报河南省建设科技示范小区的条件。

　　申报验收通过后，可以享受退回墙改专项费用的优惠政策。墙改费约为7～8元/m2，林海花园建筑面积为20×104m2，依次计算可以退回140～160万元的墙体专项费，等于政府出钱补贴了科技新技术应用所增加的部分工程投资。

　　该分户燃气采暖热水两用壁挂炉及废气集排系统设计方案，克服了现有壁挂炉安装和使用中的空气污染、噪音干扰问题。使分户燃气采暖热水两用壁挂炉成为一种安全、舒适、高效节能的热水采暖供应中心。因此具有经济效益优势和环保节能优势。           （责编 朱禹韬）