冷凝式燃气热水器试验研究与技术应用

冷凝式燃气热水器试验研究与技术应用勇于跨越追求卓越CONTENTS目录01冷凝式燃气热水器概述02工作原理与换热技术03试验系统设计与搭建04热工性能测试结果分析CONTENTS目录05燃烧与排放特性研究06关键技术问题与解决方案07标准应用与未来发展趋势01冷凝式燃气热水器概述产品定义与核心优势冷凝式燃气热水器的定义冷凝式燃气热水器是一种通过增加冷凝换热器回收高温烟气中显热与潜热，将排烟温度降至露点以下，从而显著提升热效率的燃气快速热水器，适用于除人工煤气外符合GB/T13611规定燃气、额定热输入不大于70kW的强制排气式、强制给排气式和室外型产品。高效节能：热效率提升显著相较于普通燃气热水器80%-85%的热效率，冷凝式热水器热效率可达95%以上，部分产品如卡萨帝V6系列甚至高达107.2%，远超国家一级能效标准（≥103%），节气率可达13.66%。环保特性：降低排放与有害物质通过回收烟气余热，排烟温度从传统机型的180℃左右降至60℃以下，减少氮氧化物排放量至40mg/kWh以下，同时酸性冷凝水经中和处理后排放，降低对环境的影响。技术创新：双换热器与防腐设计采用显热换热器与潜热换热器串联设计，配合耐腐蚀不锈钢或防腐涂层材料，如万家乐二次换热器技术，解决冷凝液腐蚀问题，确保长期稳定运行，实现“摸得着的节能”。国际发展历程国内外发展历程与现状冷凝式燃气热水器起源于20世纪70年代的欧洲，1995年投入商用。1997年《京都议定书》推动下，欧美日等国制定严格能效目标并提供财政补助，加速其发展。在欧美日等国应用较广，如瑞士使用率达67%，德国62%，日本普及率45%。国内发展历程2005年起在我国逐步推广，2007年国内燃气具行业开始聚焦冷凝式热水器节能技术。2010年5月18日，《冷凝式家用燃气快速热水器》（CJ/T336-2010）发布，12月1日实施，填补国内该领域技术规范空白。国内外技术现状国际上，冷凝式热水器技术成熟，热效率高，注重环保排放。国内产品热效率可达95%以上，较普通机型节能约15%-20%，是唯一符合国家一级能效标准的热水器类型，但因结构复杂、成本较高等因素普及有限，沿海地区普及率16%，内陆仅0.5%。标准基本信息CJ/T336-2010标准框架解析

本标准全称为《冷凝式家用燃气快速热水器》，标准编号CJ/T336-2010，于2010年5月18日发布，2010年12月1日实施，由中华人民共和国住房和城乡建设部发布，现行有效。标准适用范围

适用于除人工煤气之外符合GB/T13611规定燃气、额定热输入不大于70kW的强制排气式、强制给排气式和室外型冷凝式家用燃气快速热水器。主要技术内容

标准规定了冷凝式家用燃气快速热水器的分类和型号、材料和结构、要求、试验方法、验收规则、标志和说明书、包装、运输和贮存等内容。规范性附录

标准包含附录A至附录E共5个规范性附录，分别对燃气通路中燃气自动阀的组成和密封力、冷凝热水器效率的校正、使用交流电冷凝热水器的电气安全、安装电子控制系统的冷凝热水器电磁兼容安全以及本标准支持GB16914-2003基本要求的条款对应等方面做出了规定。

与普通燃气热水器性能对比热效率对比普通燃气热水器热效率一般为80%～85%，冷凝式燃气热水器通过回收烟气显热与潜热，热效率可达95%以上，较普通机型提升约15%，符合国家一级能效标准（≥103%）。

排烟温度对比普通燃气热水器排烟温度高达180℃左右，热量浪费严重；冷凝式热水器通过冷凝换热器将排烟温度降低至60℃以下，实现"摸得着的节能"，机身表面仅微温。

节能效益对比在相同出水量和进出水温差条件下，冷凝式燃气热水器节气率可达13.66%，年节能率较传统产品提升20%，氮氧化物排放量降低至40mg/kWh以下。

结构设计对比普通热水器采用单换热器仅吸收显热，冷凝式热水器增加潜热换热器实现双级换热，采用"倒烧"结构便于冷凝水排放，同时配备防腐材料（不锈钢或防腐涂层）及中和处理装置应对酸性冷凝水。02工作原理与换热技术烟气余热回收基本原理传统热水器烟气热损失问题普通燃气热水器排烟温度高达180℃，高温烟气中的显热和水蒸气潜热未被利用，直接排放造成能源浪费，热效率通常仅为80%～85%。冷凝式换热核心机制通过增设冷凝换热器，将排烟温度降至露点以下（通常60℃左右），使烟气中水蒸气冷凝释放潜热，同时回收显热，实现热效率提升至95%以上，节气率可达13.66%。热量回收路径与效率提升冷水先经冷凝换热器吸收烟气余热预热，再进入主换热器加热，无需额外燃烧燃气。试验显示，冷凝换热可使热效率较传统机型提高11.24%～13.00%，回收潜热占总热量比≥10%。

双换热器系统结构设计

显热换热器设计要点采用翅片管型式，翅片数量89+2片，水管6根，有效长度180mm，主要吸收高温烟气显热，保持较高烟气温度避免冷凝。

潜热换热器设计方案串联于显热换热器之后，翅片数量可选择31+2、46+2或61+2片，采用耐腐蚀材料，降低排烟温度至露点以下以回收潜热。

烟气与水流路径设计采用"倒烧"形式布置，烟气自下而上依次流经潜热换热器和显热换热器，水流逆向先经潜热换热器预热，再进入显热换热器加热，提升换热效率。

冷凝水排放结构优化通过倒置燃烧设计便于冷凝水收集排放，配备中和处理装置，确保冷凝水pH值控制在4.0-7.0，避免酸性腐蚀并符合环保要求。

直接式与间接式换热方式比较直接接触式换热原理与特点直接接触式换热通过将高温烟气与水在填料塔内逆流接触实现热量交换，利用陶瓷或金属填料层增大接触面积和时间。该方式需处理SOx、NOx等酸性气体溶于水的问题，仅适用于天然气或液化石油气，且需配合复杂水质处理系统。

间接式换热结构与工作流程间接式换热采用双换热器串联设计，高温烟气先经显热换热器（烟气温度120-200℃）释放显热，再进入潜热换热器使水蒸气冷凝释放潜热。国内产品多采用"倒烧"结构便于冷凝水排放，通过间壁式换热避免烟气与水直接接触，需解决酸性冷凝水对换热器的腐蚀问题。

两种换热方式核心差异对比直接式换热效率受排烟温度影响显著，当离塔温度超过露点时效率急剧下降；间接式换热通过两级换热实现显热与潜热分步回收，热效率可达95%以上。直接式需处理水质安全问题，间接式则需重点解决冷凝水腐蚀与中和排放，国内市场以间接式为主流应用技术。酸性冷凝水生成机理与特性酸性冷凝水生成机理当烟气温度冷却至露点温度，烟气中的水蒸气开始冷凝、析出，同时烟气中的SOx、NOx等酸性气体会溶于冷凝水，从而形成酸性冷凝水。冷凝水pH值范围冷凝水pH值通常在4.0-7.0之间，呈酸性，对设备有潜在腐蚀风险，需进行中和处理后排放。酸性冷凝水对材料的影响酸性冷凝水会对换热器表面等金属部件产生腐蚀，因此冷凝式燃气热水器需采用耐腐蚀不锈钢或防腐涂层材料。03试验系统设计与搭建

试验装置组成与工作流程核心试验系统构成主要由燃气供应模块（LPG气源，供气压力2.8kPa）、水系统循环模块（含流量控制与温度监测）、燃烧测试模块（31kW额定热负荷燃烧器）及数据采集模块（T型热电偶、烟气分析仪等）组成，符合CJ/T336-2010标准测试要求。

换热器性能测试装置测试样机采用双换热器结构：显热段为89+2片翅片管（6根水管，有效长度180mm），冷凝段配置31+2/46+2/61+2片三种翅片规格，通过倒置燃烧设计实现冷凝水顺畅排放。

数据测量仪器配置关键测量设备包括：烟气分析仪（检测CO、NOx浓度）、湿式流量计（燃气流量，精度±1%）、T型热电偶（温度测量，量程-200~400℃）、电子天平（冷凝水量称重，精度0.1g）及数据采集仪（采样频率1Hz）。

试验工作流程1.系统校准：燃气流量、水温、烟气分析仪零点校准；2.工况设定：调节进水压力（0.05~0.3MPa）与设定水温（36~48℃）；3.稳定运行：待参数波动≤±2%后持续采集数据10分钟；4.数据记录：同步记录燃气耗量、进出水温、排烟温度、冷凝水量及烟气成分；5.工况切换：按正交试验设计依次测试不同翅片规格与运行参数组合。主要测试仪器与参数范围

温度测量仪器与范围采用T型热电偶和K型铠装热电偶，测量范围覆盖环境温度、进水温度、出水温度、排烟温度及冷凝换热器进出口烟气温度，精度满足试验要求。

流量测量仪器与范围使用带温度测量功能的湿式流量计测量燃气流量，量程适配试验所需燃气耗量；通过水桶和秒表测量水质量流量，范围涵盖3.95～9.64kg/min。

烟气分析仪器与参数采用烟气分析仪检测烟气成分，可测量CO体积分数（α=1时）、过剩空气系数等参数，其中CO排放需控制在规定范围内，确保燃烧性能达标。

压力测量仪器与范围使用U型压力表测量天然气进气压力，量程满足试验工况需求；通过压力试验台检测换热器密封性，保压试验无泄漏为合格标准。

冷凝水测量与检测仪器用量筒和秒表测量冷凝水质量流量，使用pH计检测冷凝水pH值，确保其在4.0～7.0范围内，避免对设备造成腐蚀。冷凝换热器结构优化设计双换热器串联设计采用显热换热器与冷凝换热器串联结构，显热段吸收高温烟气显热，冷凝段将排烟温度降至露点以下回收潜热，较传统单换热器热效率提升15%左右。翅片参数优化通过试验对比31+2、46+2、61+2片翅片配置，发现翅片数目与热效率成线性正相关，61+2片翅片换热器热效率较31+2片提升约2.5个百分点。倒置燃烧结构布局将燃烧器置于顶部，换热器下移，利用烟气自然流动特性促进冷凝水排放，试验证明该结构可使排烟温度降低约120℃，且不影响燃烧工况。防腐材料应用针对冷凝水酸性腐蚀问题，采用耐腐蚀不锈钢或防腐涂层处理冷凝换热器，配合中和处理装置，确保设备使用寿命达8年以上。

试验方案制定与变量控制基础试验样机选择以产热水能力16L/min、额定热负荷31kW的强制排气式燃气快速热水器为原型机，其原换热器为翅片管型式，含89+2片翅片、6根水管，有效长度180mm。

冷凝换热器设计变量核心变量为冷凝段翅片数目，设计3种方案：Ⅰ型（61+2片）、Ⅱ型（46+2片）、Ⅲ型（31+2片），翅片形状尺寸统一，水管有效长度280mm，总根数12根，管径采用2.8mm与5.6mm交错排列。

关键试验参数设定试验气源为LPG，供气压力2.8kPa；进水压力控制在0.05～0.3MPa，对应水质量流量3.95～9.64kg/min；设定出水温度范围36～48℃，步长4℃；冬夏季工况室内温度分别控制在17℃、27℃左右。

变量控制与数据采集通过T型热电偶测量进水温度、出水温度、排烟温度、冷凝换热器进出口烟温；采用带温度测量功能的湿式流量计记录燃气流量；使用烟气分析仪检测CO体积分数（过剩空气系数α=1时）；用量筒和秒表测定冷凝水质量流量，同一条件重复测试3次取平均值。04热工性能测试结果分析

热效率测定方法与计算模型01热效率测定方法依据CJ/T336-2010标准，热效率测定采用反平衡法，通过测量水质量流量、进出水温差、燃气耗量及低热值计算。试验时需待热水器稳定运行后，同一条件重复测试3次取平均值。

02热效率计算公式η=（qm×cp×(tw,out-tw,in)）/（q×QL×(273/(273+tg))×(pamb+pg-p)/(101.3)）×100%。其中qm为水质量流量(kg/min)，cp为水的比定压热容(4.19×10-3MJ/(kg·K))，tw,out、tw,in分别为出水和进水温度(℃)，q为燃气流量(m3/min)，QL为燃气低热值(MJ/m3)，tg为燃气温度(℃)，pamb为大气压力(kPa)，pg为燃气进气压力(kPa)，p为饱和水蒸气压力(kPa)。

03冷凝效率校正方法参照CJ/T336-2010附录B，当环境温度、燃气组分偏离标准状态时，需对热效率进行校正。冷凝效率需满足回收烟气潜热量占总热量比≥10%，排烟温度≤55℃。

04混合换热模型构建采用努谢尔特膜状凝结换热分析解结合对流换热雷诺类比律，构建复合换热模型。通过实验结果对比验证并加入修正因子，适用于同类型冷凝器换热性能设计计算，冷凝换热所占比例优化区间为10.5%~12.5%。排烟温度与热效率关系曲线排烟温度对热效率的影响规律冷凝式燃气热水器通过降低排烟温度回收烟气显热与潜热，排烟温度与热效率呈显著负相关。试验数据显示，排烟温度从195℃降至60℃左右时，热效率从80%-85%提升至95%以上，节气率可达13.66%。关键数据与拟合公式实测数据表明，排烟温度（ts）与热效率（η1，按低热值计算）的关系式为：η1=(104.2—0.109ts)/100。当排烟温度降至98℃时，热效率可达93.44%；理论计算显示，排烟温度降至40℃时，热效率可突破100%。曲线特征与工况分析曲线呈现非线性下降趋势，在排烟温度98℃附近出现拐点，此时虽未达烟气露点，但局部冷壁效应已导致部分水蒸气冷凝。强制排气方式确保燃烧工况稳定，烟气中CO体积分数与普通热水器相近，无恶化现象。翅片数目对换热性能影响

翅片数目与热效率关系试验数据表明，在一定范围内冷凝换热器翅片数目与热水器热效率呈线性正相关，翅片数目越多热效率越高。

不同翅片配置热效率对比测试原型中，61+2片翅片配置较31+2片配置热效率提升约13.00%，较46+2片配置提升约2.5个百分点。

最优翅片数量选择原则在保证结构紧凑性基础上，建议冷凝换热器翅片数目控制在46-61片区间，兼顾换热效率与制造成本。01冬夏季工况热负荷对比分析热负荷变化趋势共性冬夏季工况下，各进水压力条件下热负荷均随设定出水温度的升高而呈上升趋势，表明水温需求是影响热负荷的核心因素。02冬夏季热负荷差异表现相同测试条件下，夏季工况热负荷显著低于冬季。以进水压力0.3MPa、出水温度48℃为例，冬季热负荷为21.0kW，夏季为14.4kW，差异源于夏季进水温度（约30℃）高于冬季（约15℃）。03进水压力对热负荷的影响无论冬夏，热负荷随进水压力增大而提高。冬季0.05MPa压力下48℃出水热负荷为10.1kW，0.3MPa时达21.0kW；夏季对应工况从6.4kW升至14.4kW，体现水流量增加对热负荷的正向作用。

冷凝水产量与节能效益评估冷凝水产量影响因素热负荷、水流量、烟气冷凝温差是影响冷凝水量的重要因素，冷凝水量随着热负荷、水流量、烟气冷凝温差的增大而呈单调增加。

烟气水蒸气冷凝率烟气的水蒸气冷凝率随冷凝段热负荷增大而呈持续上升状态；相同条件下，水流量越大，冷凝率也会越高。冷凝器的凝结工况上限是60%~65%。

节能效益量化分析冷凝式燃气热水器燃用LPG时，热效率可达95％以上，节气率可达13.66％。较普通燃气热水器热效率80%~85%，提升约15%左右。

冬夏季热效率对比冬夏季工况的平均热效率比较接近，冬季工况的平均热效率比夏季工况稍高。冬季进水与烟气温差大利于冷凝换热，但散热损失也较大；夏季进水温度高限制冷凝换热器换热能力。05燃烧与排放特性研究

燃烧器倒置对燃烧性能影响燃烧器倒置设计原理采用倒置燃烧型式，将燃烧装置由底部移至顶部，换热器移至热水器下部，烟气由底部引出冷凝水后流至上部烟道排放，便于冷凝水排出并保持原有基本结构。

热效率对比分析试验数据显示，燃烧器倒置后热效率未下降反而有所升高，燃用LPG时热效率可达95%以上，较正置燃烧方式提升显著，排烟温度降低约120℃。

燃烧产物排放特性燃烧器位置变化对CO排放无显著影响，过剩空气系数α=1时，CO体积分数与正置燃烧方式相近，均符合CJ/T336-2010标准要求，未出现燃烧工况恶化现象。

冷凝水生成与排放效果倒置设计使冷凝水能够顺利排出，试验中冷凝水量较正置燃烧时显著增加，且无冷凝液滞留问题，解决了效率衰减问题，验证了结构优化的有效性。

烟气成分检测与CO含量分析检测项目与标准依据依据CJ/T336-2010标准，需检测烟气中CO、NOx等成分。其中CO含量（过剩空气系数α=1时）应控制在安全范围内，参考试验数据，冷凝式热水器与普通热水器CO体积分数相近。

检测方法与仪器采用烟气分析仪对燃烧后的烟气成分进行实时监测，同步测量排烟温度、过剩空气系数等参数。试验系统中通过T型热电偶采集烟气温度，结合气体分析模块完成数据采集。

CO含量影响因素分析燃烧器结构与空燃比是影响CO生成的关键。试验表明，强制排气方式下，冷凝式热水器因燃烧充分，CO排放量可控制在较低水平，且燃烧器倒置等结构优化未导致CO含量显著变化。

环保与安全关联性烟气中CO含量直接关系使用安全，标准要求需低于限定值。同时，冷凝技术通过降低排烟温度，有助于减少NOx等有害物质排放，实现环保与安全双重目标。氮氧化物排放控制技术

低氮燃烧技术应用采用低氮燃烧器设计，通过优化燃烧空气系数（控制在1.05-1.15）和火焰温度分布，可使氮氧化物排放量降低至40mg/kWh以下，符合CJ/T336-2010标准环保要求。烟气再循环技术将部分低温烟气引入燃烧系统，降低火焰峰值温度，抑制热力型NOx生成。试验数据显示，该技术可使氮氧化物排放浓度较传统燃烧方式降低30%-50%。选择性催化还原技术通过催化剂作用，利用氨气等还原剂将NOx转化为氮气和水。在冷凝式热水器系统中配合使用，可实现氮氧化物排放≤30mg/m³，达到低氮排放标准。燃烧器结构优化采用分段燃烧、预混燃烧等结构设计，如卡萨帝V6系列热水器的航天级燃烧系统，结合AI智能控制，实现燃烧过程的精准调控，氮氧化物排放量控制在行业领先水平。

冷凝水pH值测定与中和处理01冷凝水pH值检测标准依据GB/T13611及CJ/T336-2010要求，冷凝水pH值应控制在4.0-7.0范围，检测采用GB/T12113-2003接触电流测量方法，确保排放液体无腐蚀性。

02酸性冷凝水产生机理烟气中SOx、NOx等酸性气体溶于冷凝水，形成pH≤5.6的酸性液体。试验数据显示，未处理冷凝水pH值通常在3.5-4.5区间，对金属部件存在腐蚀风险。

03中和处理技术要求采用碱性中和剂（如碳酸钙）进行处理，中和装置需满足CJ/T336-2010附录A要求，确保中和后排水pH值达到6.0-9.0排放标准，且中和剂更换周期不低于12个月。

04雾化排放创新方案海尔卡萨帝V6系列采用航天级离心雾化技术，将冷凝水打散为微米级水雾随烟气100%直排，热效率达107.2%，符合2025年《冷凝水绿色排放要求》团标，无需外接管道。06关键技术问题与解决方案酸性冷凝水腐蚀防护措施

防腐材料选用规范采用耐腐蚀不锈钢或防腐涂层材料制造冷凝换热器，CJ/T336-2010标准明确要求材料需耐受酸性冷凝水长期侵蚀，确保设备使用寿命。冷凝水中和处理技术设置酸性冷凝水处理排放装置，通过中和剂有效中和酸性冷凝水，使其pH值达到4.0-7.0的安全范围后再排放，避免直接排放造成管道腐蚀和环境污染。结构设计优化方案采用"倒烧"形式便于冷凝水排放，将冷凝换热器与主换热器独立设置，避免冷凝水对主燃烧系统部件的腐蚀，确保冷凝水能够完全收集并顺畅排出。耐腐蚀性能检测要求对烟气换热器进行密封性保压试验，确保无泄漏，换热管无腐蚀穿孔；定期检测冷凝水pH值及换热器腐蚀情况，确保防护措施持续有效。

冷凝水绿色排放技术创新传统排放方式的局限性传统外接冷凝管方式存在管路外露影响美观的问题；部分产品采用中和后混入洗澡水二次利用的方式，长期接触可能对皮肤产生慢性伤害。

绿色排放的定义与标准引领冷凝水绿色排放指既保证用户健康生活用水，也无需外部管道排放，从根本上杜绝冷凝水潜在风险。2025年《冷凝式燃气热水器冷凝水绿色排放要求》团体标准通过审查，规范了该领域技术指标与环保要求。

航天级离心雾化技术应用卡萨帝「无冷凝水」一级能效热水器V6系列采用航天级离心雾化科技，通过高速旋转离心岛将冷凝水打散为微米级水雾，随烟气100%直排室外，热效率高达107.2%，远超国家一级能效标准。

技术创新的综合优势该技术实现了无需外部管道、不影响健康用水、不破坏家居美观的冷凝水排放，同时提升热效率，配合AI恒温系统与零冷水预热功能，为用户提供舒适体验，推动行业向高效、低碳和可持续方向发展。

换热器结垢与效率衰减控制结垢成因与危害水中钙镁离子受热形成碳酸盐沉淀，附着于换热表面导致热阻增加。试验数据显示，结垢厚度每增加0.1mm，热效率下降3%-5%，排烟温度升高8-12℃。

防腐材料选用标准依据CJ/T336-2010要求，冷凝换热器需采用316L不锈钢或钛合金材质，耐腐蚀性能应通过中性盐雾试验500小时无锈蚀。万家乐二次换热器专利技术（实用新型专利）采用交错排列水管结构，减少结垢滞留。

运行参数优化控制通过AI恒温系统将水温波动控制在±3℃以内（符合附录B超调试验要求），避免局部过热结垢。试验表明，水温超调量≤5℃时，结垢速率降低40%。

定期维护技术规范每运行300小时需使用柠檬酸溶液（浓度8%-10%）进行反向冲洗，冲洗压力0.2-0.3MPa，持续15分钟。维护后应检测换热器进出口压差≤0.05MPa，确保无堵塞。检测成本构成分析检测成本优化与设备改进标准实施初期，企业反映检测成本较高，尤其水温超调试验设备投入增加约30%。主要成本包括专用检测仪器购置、耗材（如中和剂、标准气）、人工及维护费用。检测流程优化策略通过整合多项性能测试（如热效率、排烟温度、冷凝水pH值）的同步测定，减少重复装夹与数据采集时间。采用自动化数据采集系统，提升测试效率30%以上。关键检测设备改进方向研发集成式热工性能测试平台，实现水流量、温度、燃气耗量等参数的一体化检测；优化冷凝水收集装置，提高冷凝水回收率测定精度至±2%。检测成本控制案例某企业通过共享检测设备与第三方实验室合作，单台产品检测成本降低15%；采用高精度传感器替代进口部件，设备维护成本年均减少20%。07标准应用与未来发展趋势

冷凝水排放新国标技术要求冷凝水绿色排放定义新国标首次明确“冷凝水绿色排放”概念，要求既保证用户健康生活用水，也无需外部管道排放，从根本上杜绝冷凝水的潜在风险。

排放技术核心指标标准要求从材料、排放、热水性能、排出能力及雾化装置等多方面综合考量，确保产品全面符合环保规范，其中100%雾化外排技术为重要方向。

材料与装置要求冷凝水接触材料需耐腐蚀，雾化装置应采用高效技术，如航天级离心雾化科技，可将冷凝水打散为微米级水雾随烟气直排室外，避免管路外露和健康风险。

与现有标准协调新国标在GB6932要求冷凝水全部排出的环保底线基础上，进一步细化绿色排放技术指标，填补行业标准空白，为产品创新和市场监管提供技术依据。智能燃烧优化算法智能控制与低氮燃烧技术融合

基于AI技术的自适应燃烧控制，实时调节燃气与空气配比，过剩空气系数精准控制在1.05-1.15区间，确保充分燃烧的同时降低氮氧化物生成。低氮燃烧