雙模儲(chǔ)水式電熱水器溫升測試及結(jié)果分析

金寧 王悅 陳常山 馬超

山東省計(jì)量科學(xué)研究院 山東濟(jì)南 250014

圖1 單模熱水器內(nèi)部結(jié)構(gòu)

1 引言

電熱水器是指以電作為能源進(jìn)行加熱的熱水器，可長期或臨時(shí)儲(chǔ)存熱水。按照GB 4706.12標(biāo)準(zhǔn)對(duì)儲(chǔ)水式熱水器的定義：儲(chǔ)水式熱水器是加熱水并將水儲(chǔ)存在容器中，裝有控制水溫裝置的固定式器具[2]。儲(chǔ)水式電熱水器因?yàn)槠涫褂煤桶惭b方便，出水量大，水溫穩(wěn)定，不必分室安裝等特點(diǎn)，得到廣泛應(yīng)用。儲(chǔ)水式電熱水器又分為敞開式和封閉承壓式兩類，敞開式電熱水器由于沒有對(duì)內(nèi)膽設(shè)計(jì)承壓性能，功能有限，現(xiàn)在幾乎退出電熱水器的行業(yè)。封閉承壓式電熱水器的內(nèi)膽是密封的，水箱內(nèi)水壓大，其內(nèi)膽也耐壓，故可多路供水，既可用于淋浴，又可用于洗衣、洗菜，用途廣泛。目前國內(nèi)市場上的電熱水器主要是封閉承壓式儲(chǔ)水電熱水器，本文主要講述的是承壓式儲(chǔ)水電熱水器。

目前市面上大多數(shù)承壓式儲(chǔ)水式熱水器內(nèi)部結(jié)構(gòu)都如圖1所示，屬于單模熱水器。一個(gè)電加熱管位于電熱水器內(nèi)膽的底部，在加熱過程中，將熱水器內(nèi)膽底部的水進(jìn)行加熱，然后通過對(duì)流傳熱，將內(nèi)膽底部的熱水傳送至內(nèi)膽上部，內(nèi)膽上部低溫度的水流向內(nèi)膽底部，這樣形成對(duì)流換熱循環(huán)，達(dá)到使整個(gè)內(nèi)膽的水加熱的目的。市場上還有部分承壓式儲(chǔ)水式熱水器的產(chǎn)品內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖2所示，屬于雙模熱水器，其內(nèi)部有兩個(gè)加熱管，一個(gè)下部加熱管位于內(nèi)膽底部，作用與樣式同單模熱水器加熱管，另一個(gè)上部加熱管位于出水口附近環(huán)繞，當(dāng)用戶用水較多且熱水器內(nèi)水溫較低時(shí)，放棄熱水器底部的水，集中加熱熱水器上部靠近出水口的水，即對(duì)水箱內(nèi)儲(chǔ)水的上部的水局部加熱，以達(dá)到快速供應(yīng)熱水、增加熱水供應(yīng)量的目的。

2 溫升測試及分析

目前儲(chǔ)水式電熱水器，按照家用和類似用途電器的安全標(biāo)準(zhǔn)通用部分GB 4706.1-1998和家用和類似用途電器的安全 儲(chǔ)水式熱水器的特殊要求以及GB 4706.12-2006要求進(jìn)行安全檢測。溫升測試是安全檢測過程中的一個(gè)關(guān)鍵測試，溫升測試是為了檢驗(yàn)熱水器在使用過程中它自身及其安裝和環(huán)境的溫度能否符合要求，以避免溫度過高對(duì)使用者及其環(huán)境產(chǎn)生安全威脅。

圖2 雙模熱水器內(nèi)部結(jié)構(gòu)

圖3 模式一溫升曲線

圖4 模式二溫升曲線

表1 各部件溫升匯總

本次溫升測試主要進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)第11章的發(fā)熱溫升測試，對(duì)帶上下兩個(gè)電加熱管的雙模熱水器進(jìn)行了3種發(fā)熱溫升測試及最后的溫升結(jié)果分析，并分析了對(duì)該類雙模電熱水器哪種溫升測試最嚴(yán)酷。三種溫升測試模式分別為：第一種模式：熱水器水箱加滿水，此時(shí)底部加熱管工作，工作至穩(wěn)定狀態(tài)，第二種模式：打開熱水器的出水閥，一邊進(jìn)水，一邊出水，此時(shí)僅上部加熱管工作，工作至穩(wěn)定狀態(tài)，第三種模式：首先熱水器加滿水，先讓底部加熱管工作，到達(dá)設(shè)定的最高溫度后，打開出水閥，開始模擬用水，此時(shí)上部加熱管工作并一直工作至穩(wěn)定狀態(tài)。

根據(jù)GB 4706.1-1998、GB 4706.12-2006標(biāo)準(zhǔn)，將熱水器樣品放置于測試角內(nèi)，基于熱水器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及工作特點(diǎn)，本次選取八個(gè)比較有代表性的溫升測試點(diǎn)，熱電偶布置點(diǎn)分別是變壓器繞組表面、繼電器環(huán)境、主控板PCB、內(nèi)部布線、電源線分叉點(diǎn)、手動(dòng)復(fù)位熱斷路器1環(huán)境、手動(dòng)復(fù)位熱斷路器2環(huán)境、維修蓋等八處熱電偶。按照標(biāo)準(zhǔn)要求，電熱器具在1.15倍額定輸入功率條件下工作，本次的儲(chǔ)水式熱水器上部和底部電熱管加熱功率均為3000W，在進(jìn)行發(fā)熱溫升測試時(shí)，將功率調(diào)至3450W，在該條件下進(jìn)行發(fā)熱的溫升測試，熱水器在該狀態(tài)工作直至穩(wěn)定狀態(tài)，各部件趨于熱平衡狀態(tài)，即其溫度曲線走勢趨于平穩(wěn)，在進(jìn)行第一種模式底部加熱管工作的發(fā)熱溫升測試時(shí)，溫升曲線如圖3所示。

在進(jìn)行第二種模式上部加熱管工作的發(fā)熱溫升測試時(shí)，溫升曲線如圖4所示。

在進(jìn)行第三種模式先底部加熱管工作然后切換至上部加熱管工作的發(fā)熱溫升測試時(shí)，溫升曲線如圖5所示。

為了更直觀的對(duì)比三種模式的溫升結(jié)果，本次對(duì)測量的各個(gè)部件在三種模式下的發(fā)熱溫升數(shù)據(jù)匯總至如表1所示。

通過三種模式下的溫升測試數(shù)據(jù)匯總，可以總結(jié)出，首先，在三種模式下各部件溫升均未超出標(biāo)準(zhǔn)要求的溫升限值，該儲(chǔ)水式電熱水器的第11章發(fā)熱的溫升滿足標(biāo)準(zhǔn)要求；其次，第一種模式僅底部加熱管工作時(shí)各部件的溫升相對(duì)于第二種模式僅上部加熱管工作時(shí)的各部件溫升較高，而第三種模式先底部加熱管工作至穩(wěn)定狀態(tài)，然后切換到上部加熱管工作至穩(wěn)定的各部件溫升是最高的。由此可以推斷出在第三種模式下測量標(biāo)準(zhǔn)要求的第11章發(fā)熱溫升是最嚴(yán)酷的狀態(tài)。

從理論上看，第三種模式先底部加熱管工作然后切換到上部電加熱管工作比前兩種模式嚴(yán)酷，這是兩個(gè)加熱管輪流工作至穩(wěn)定狀態(tài)的結(jié)果，比第一、第二種模式僅一個(gè)加熱管工作至穩(wěn)定狀態(tài)要更嚴(yán)格，而且從實(shí)驗(yàn)結(jié)果看，第三種模式的各部件溫升趨于穩(wěn)定，溫升曲線趨于平穩(wěn)需要的時(shí)間要比第一、第二種模式更長，這樣從原理上分析，熱量在熱水器內(nèi)部集聚的時(shí)間更長，而且是由先底部加熱管加熱時(shí)候的熱量積攢到上部電加熱管工作熱量，兩部分熱量積攢疊加到一起。這樣引起的內(nèi)部各部件的溫升最高。實(shí)際測試結(jié)果與理論分析相一致。

由表1的數(shù)據(jù)還可以明顯看出，在進(jìn)行發(fā)熱的溫升測試時(shí)，繼電器的溫升最高，并且與限定溫升比較接近，所以在承壓式儲(chǔ)水式熱水器中，繼電器的選擇尤為重要，在標(biāo)準(zhǔn)要求的溫升限值中，普通的繼電器溫升是30K，通過試驗(yàn)結(jié)果看，該類熱水器中的繼電器不能選用普通繼電器，需要選用溫升限值比較高的，帶T標(biāo)志的繼電器，本次的繼電器即是帶T標(biāo)志的繼電器。

圖5 模式三溫升曲線

3 小結(jié)

本文簡單描述了兩根加熱管的雙模儲(chǔ)水式電熱水器，并對(duì)雙模儲(chǔ)水式熱水器進(jìn)行了三種模式的溫升測試，溫升測試試驗(yàn)數(shù)據(jù)表明對(duì)于第三種模式下各部件的溫升是最高的，由此可以推斷出該模式測試溫升是最嚴(yán)酷的狀態(tài)。另外對(duì)于儲(chǔ)水式熱水器來說，繼電器的選擇非常關(guān)鍵，需要選用帶T標(biāo)溫升限值高的繼電器，普通繼電器不能滿足溫升的要求。

通過試驗(yàn)測試，從用戶使用的角度來考慮，第一種模式下儲(chǔ)水式熱水器用戶出熱水能正常使用，與單模儲(chǔ)水式電熱水器的作用相同，第二種模式下出水口水溫在試驗(yàn)剛開始時(shí)溫度沒有變化，大約1小時(shí)后出水口水溫能稍微有所上升，但達(dá)不到模式一下的正常水溫，該模式下如果僅靠上部電加熱管工作，無法實(shí)現(xiàn)熱水即開即用，第三種模式下用戶能正常使用熱水，并且上部電加熱管可以及時(shí)起到補(bǔ)充的作用，提升熱水供應(yīng)量，對(duì)多用途供熱水也是一種很好的補(bǔ)充，是第一、第二種模式下的有效補(bǔ)充。