摘要： 比例调节已被应用于燃气壁挂炉的燃烧系统，特别是欧洲品牌使用比例阀较多，但使用比例阀的利与弊众说纷纭。本文从壁挂炉的用途情况和不同的换热方式，对比例阀进行了初步探讨，说明直流式两用壁挂炉应使用比例阀，而容积式壁挂炉可不必使用。
关键词：比例调节；燃气；壁挂炉
1 引言
比例控制起源于电加热的炉温调节。在只有通、断的位式控制方式中，由于不灵敏区、热惯性以及温度探头热惰性问题的存在而产生调节的动差，即炉温是波动的。波动的幅度越大，波动的频率就越小，反之，为使幅度变小则频率变大。为克服这一相互矛盾的弊病，比例调节器应运而生。比例调节是指电炉的功率与输入的偏差值成比例。即炉温越接近设定值时功率越小。60年代初，有了大功率可控硅之后，比例调节才得到了广泛应用。
2 PID调节
由于热惯性的存在，比例带不能太小，否则就象位式调节那样造成不稳定，产生较大的炉温波动。而比例带越大，静差越大，使稳定后的炉温永远也达不到设定的炉温。为此，人们又在比例调节的基础上加入了积分调节。这种比例积分调节器具有自动克服静差的功能。但是，积分作用的输出是随时间的增加而逐渐增加的，不能迅速地克服干扰对被测量的影响。尤其是热惯性大的炉子，势必使炉温产生较大的波动。因此，人们又在比例积分调节的基础上增加了微分调节，而成为比例积分微分调节器，即PID调节器。
比例带，积分时间，微分时间是PID三个重要参数。由于他们的输出同处于一个反馈电路中，所以改变任何一个对三个参数都会产生影响，比例带越小比例作用越强，积分时间越小，积分作用越强；微分时间越大，微分作用越强，但比例带过小，积分时间过小，微分时间过大，都会使调节系统产生较强的震荡，在实际使用中还必须根据被调对象的特性（功率、热惯性、稳定性等）以及执行器的选配适合性来确定参数和调试，才能使炉温稳定保持在设定值上。
3 燃气比例阀
电加热功率大小的调整和变化可以做到非常的准确和及时，但燃烧的功率调整就没那么容易了。即使使用PID调节系统也是不能准确、及时地调节火焰的大小。比例阀是通过水温反馈信号，自动调节电流，又通过线圈产生磁场力，磁力推动永磁体和球阀，使阀开度与电流大小发生相应的改变。暂不论几次能量转换，比例关系是否还能呈线性，就单指阀开度与流量的关系也不是线性的。大多数比例阀生产厂家给出的电流－流量特性曲线，实际上都是电流－压力曲线，而且只能说基本呈线性。因此产生了以下问题：
（1）随着环保要求的苛刻，壁挂炉中的燃烧也很严格，一定的燃气流量应对应一定的空气供应和一定的烟气排放，否则就不能够保证完全燃烧和较高的热效率。排烟量过大，空气量大，降低热效率;排烟不足，空气少，燃烧不完全。燃气流量不呈线性变化，即使用了变频风机也很难跟踪;使排烟与燃气流量成比例。
（2）燃烧器换热器的技术参数一般情况都是按额定负荷而没什么，如引射器上的进风口、喉管、护张管、喷嘴位置等，都与一次空气的多少和混合强度有关系。如不在额定负荷下燃烧，则一次空气比例不对，燃烧状态不好。进入比例阀段时的火力小，烟温低，流速慢，则放热系数大幅下降，换热器本身的热损失也相对加大，而目前大多数厂家的排烟风机只是两档变速，排烟量都很大，空气系数很高，使进入比例段的热效率大幅度下降，许多厂家已明确的在说明书或样本中承认，比例段的热效率不足80%或更低。
4 不同的用途和使用条件
大型工业炉的炉温控制在电气原理上接近于连续PID调节。空气配比，直接跟踪燃气流量，燃气流量本身也有自检系统，能全面监视燃烧状态，还能全程记录炉温、燃气流量和空气流量，这样的大型复杂的控制系统还没有用于壁挂炉业的先例。因为壁挂炉的使用环境不同工业炉，工业炉强调的是炉温的稳定、精确、比例控制不仅仅是比例阀的事情，而是整个系统的相互配合。我们希望随着科学技术的飞速发展，在不久的将来真正的比例阀调节系统控制的壁挂炉能够投放于市。
壁挂炉中水温的波动对于居室的温度波动影响不严重，这是由房间的保温性和房间本身的热容而决定的。如果散热器的温差为15℃，每1h波动一次，则房间温度几乎无变化。使用比例阀的目的不在于此，而是防止电磁阀频繁起动，一是避免了点火噪声，二是延长了电磁阀的使用寿命。
通过试验，在正常的供暖面积和额定负荷下，如果设定回差（设定与恢复启动温差）15℃时，容积式壁挂炉每1h内只启动1～2次，按每天24h全开，每年使用4个月则每年启动最多5000余次。目前标准规定电磁阀的寿命为3万次，但实际均超过了5万次，即正常使用10年应是没问题的；对直流式快速热水，因没有蓄存热水，阀的启动比容积式的频繁些，但使用8年也是足够的。
洗浴时的要求温度波动很小，容积式的设定1～2℃温差，容积式壁挂炉2～3min则启动一次，直流式则不停地开关电磁阀，如果没有火力调节，在夏季洗浴时，把热水流量开最大，则也要每分钟启动几次至十几次，对电磁阀的寿命影响较大，所以，直流式两用型壁挂炉最好设置火力调节阀，尽管在小火状态，热效率低，但因洗浴时间不长，对能源的浪费影响不大，只是操作有点麻烦，需要予先调节火力。
如果利用特殊的控制方式在洗浴时使其停机时间与热惯性在相位上正好相差半个周期，则洗浴时的电磁阀启动次数将减少1倍，水温的波动也很小，春风供暖设备公司生产的国森牌壁挂炉已经达到了这种水平。
5 结语
（1）检测报告和铭牌、说明书中的热效率都是指在额定负荷状态下，试验出来的，在实际使用运行中，进入比例段的热效率则很低，翅片管直流热水器的实际热效率远低于容积式的。
（2）翅片管直流式的两用型壁挂炉应该使用比例阀，否则将严重影响其使用寿命。
（3）容积壁挂炉能储存一定量的能量，停机后也能维持一段时间的热能输出，供暖时不会频繁启动，没有必要使用比例阀。
参考文献
[1] 日本煤气协会编. 燃气应用手册[M]. 蔡玉琢，等（译）. 北京：建筑工业 出版社，1988.
[2] 李均宜. 炉温仪表与热控制[M]. 北京：机械工业出版社，1981.
