摘要： 比例調節已被應用于燃氣壁掛爐的燃燒系統，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紛紜。本文從壁掛爐的用途情況和不同的換熱方式，對比例閥進行了初步探討，說明直流式兩用壁掛爐應使用比例閥，而容積式壁掛爐可不必使用。
    關鍵詞：比例調節；燃氣；壁掛爐 

1 引言
    比例控制起源于電加熱的爐溫調節。在只有通、斷的位式控制方式中，由于不靈敏區、熱慣性以及溫度探頭熱惰性問題的存在而產生調節的動差，即爐溫是波動的。波動的幅度越大，波動的頻率就越小，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，比例調節器應運而生。比例調節是指電爐的功率與輸入的偏差值成比例。即爐溫越接近設定值時功率越小。60年代初，有了大功率可控硅之后，比例調節才得到了廣泛應用。
2 PID調節
    由于熱慣性的存在，比例帶不能太小，否則就象位式調節那樣造成不穩定，產生較大的爐溫波動。而比例帶越大，靜差越大，使穩定后的爐溫永遠也達不到設定的爐溫。為此，人們又在比例調節的基礎上加入了積分調節。這種比例積分調節器具有自動克服靜差的功能。但是，積分作用的輸出是隨時間的增加而逐漸增加的，不能迅速地克服干擾對被測量的影響。尤其是熱慣性大的爐子，勢必使爐溫產生較大的波動。因此，人們又在比例積分調節的基礎上增加了微分調節，而成為比例積分微分調節器，即PID調節器。
    比例帶，積分時間，微分時間是PID三個重要參數。由于他們的輸出同處于一個反饋電路中，所以改變任何一個對三個參數都會產生影響，比例帶越小比例作用越強，積分時間越小，積分作用越強；微分時間越大，微分作用越強，但比例帶過小，積分時間過小，微分時間過大，都會使調節系統產生較強的震蕩，在實際使用中還必須根據被調對象的特性（功率、熱慣性、穩定性等）以及執行器的選配適合性來確定參數和調試，才能使爐溫穩定保持在設定值上。
3 燃氣比例閥
    電加熱功率大小的調整和變化可以做到非常的準確和及時，但燃燒的功率調整就沒那么容易了。即使使用PID調節系統也是不能準確、及時地調節火焰的大小。比例閥是通過水溫反饋信號，自動調節電流，又通過線圈產生磁場力，磁力推動永磁體和球閥，使閥開度與電流大小發生相應的改變。暫不論幾次能量轉換，比例關系是否還能呈線性，就單指閥開度與流量的關系也不是線性的。大多數比例閥生產廠家給出的電流－流量特性曲線，實際上都是電流－壓力曲線，而且只能說基本呈線性。因此產生了以下問題：
   （1）隨著環保要求的苛刻，壁掛爐中的燃燒也很嚴格，一定的燃氣流量應對應一定的空氣供應和一定的煙氣排放，否則就不能夠保證完全燃燒和較高的熱效率。排煙量過大，空氣量大，降低熱效率;排煙不足，空氣少，燃燒不完全。燃氣流量不呈線性變化，即使用了變頻風機也很難跟蹤;使排煙與燃氣流量成比例。
    （2）燃燒器換熱器的技術參數一般情況都是按額定負荷而沒什么，如引射器上的進風口、喉管、護張管、噴嘴位置等，都與一次空氣的多少和混合強度有關系。如不在額定負荷下燃燒，則一次空氣比例不對，燃燒狀態不好。進入比例閥段時的火力小，煙溫低，流速慢，則放熱系數大幅下降，換熱器本身的熱損失也相對加大，而目前大多數廠家的排煙風機只是兩檔變速，排煙量都很大，空氣系數很高，使進入比例段的熱效率大幅度下降，許多廠家已明確的在說明書或樣本中承認，比例段的熱效率不足80%或更低。
4 不同的用途和使用條件
    大型工業爐的爐溫控制在電氣原理上接近于連續PID調節。空氣配比，直接跟蹤燃氣流量，燃氣流量本身也有自檢系統，能全面監視燃燒狀態，還能全程記錄爐溫、燃氣流量和空氣流量，這樣的大型復雜的控制系統還沒有用于壁掛爐業的先例。因為壁掛爐的使用環境不同工業爐，工業爐強調的是爐溫的穩定、精確、比例控制不僅僅是比例閥的事情，而是整個系統的相互配合。我們希望隨著科學技術的飛速發展，在不久的將來真正的比例閥調節系統控制的壁掛爐能夠投放于市。
    壁掛爐中水溫的波動對于居室的溫度波動影響不嚴重，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波動一次，則房間溫度幾乎無變化。使用比例閥的目的不在于此，而是防止電磁閥頻繁起動，一是避免了點火噪聲，二是延長了電磁閥的使用壽命。
    通過試驗，在正常的供暖面積和額定負荷下，如果設定回差（設定與恢復啟動溫差）15℃時，容積式壁掛爐每1h內只啟動1～2次，按每天24h全開，每年使用4個月則每年啟動最多5000余次。目前標準規定電磁閥的壽命為3萬次，但實際均超過了5萬次，即正常使用10年應是沒問題的；對直流式快速熱水，因沒有蓄存熱水，閥的啟動比容積式的頻繁些，但使用8年也是足夠的。
    洗浴時的要求溫度波動很小，容積式的設定1～2℃溫差，容積式壁掛爐2～3min則啟動一次，直流式則不停地開關電磁閥，如果沒有火力調節，在夏季洗浴時，把熱水流量開最大，則也要每分鐘啟動幾次至十幾次，對電磁閥的壽命影響較大，所以，直流式兩用型壁掛爐最好設置火力調節閥，盡管在小火狀態，熱效率低，但因洗浴時間不長，對能源的浪費影響不大，只是操作有點麻煩，需要予先調節火力。
    如果利用特殊的控制方式在洗浴時使其停機時間與熱慣性在相位上正好相差半個周期，則洗浴時的電磁閥啟動次數將減少1倍，水溫的波動也很小，春風供暖設備公司生產的國森牌壁掛爐已經達到了這種水平。
5 結語
   （1）檢測報告和銘牌、說明書中的熱效率都是指在額定負荷狀態下，試驗出來的，在實際使用運行中，進入比例段的熱效率則很低，翅片管直流熱水器的實際熱效率遠低于容積式的。
   （2）翅片管直流式的兩用型壁掛爐應該使用比例閥，否則將嚴重影響其使用壽命。
   （3）容積壁掛爐能儲存一定量的能量，停機后也能維持一段時間的熱能輸出，供暖時不會頻繁啟動，沒有必要使用比例閥。

[1] 日本煤氣協會編. 燃氣應用手冊[M]. 蔡玉琢，等（譯）. 北京：建筑工業 出版社，1988.
[2] 李均宜. 爐溫儀表與熱控制[M]. 北京：機械工業出版社，1981.