家用燃?xì)鉄崴鞒鏊苈窡釗p失研究

寧波方太廚具有限公司 孫 娟 夏瑞麗 謝朝東

用戶家用燃?xì)鉄崴鞴苈纺┒怂疁剡^低的呼聲，嚴(yán)重影響了用戶的體驗(yàn)效果。為了解決這一問題，本文提出了一種簡(jiǎn)單易操作的針對(duì)于家用燃?xì)鉄崴魉艿臒釗p失進(jìn)行研究的測(cè)試結(jié)構(gòu)及測(cè)試方法，以獲得家用燃?xì)鉄崴鞒鏊茉诓煌惭b環(huán)境下散熱損失的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，進(jìn)而根據(jù)該數(shù)據(jù)設(shè)置并改善該熱水器相關(guān)性能，進(jìn)一步增加用戶使用過程的科學(xué)性指導(dǎo)意義，并提升用戶使用舒適性。

1 測(cè)試環(huán)境及實(shí)驗(yàn)設(shè)備搭建

經(jīng)過文獻(xiàn)收集及查找，發(fā)現(xiàn)對(duì)管路散熱影響較大的因素包括管道及管道外保溫結(jié)構(gòu)的外表面溫度、環(huán)境溫度、風(fēng)向風(fēng)速、表面熱發(fā)射率及保溫結(jié)構(gòu)的外形尺寸。結(jié)合用戶使用環(huán)境、家用燃?xì)鉄崴靼惭b條件分析后得出影響用戶家用燃?xì)鉄崴鞴苈纺┒顺鏊疁囟绕偷脑蛑饕ㄓ脩艄苈贩笤O(shè)的周邊環(huán)境溫度、風(fēng)向風(fēng)速、管路和保溫棉材料以及用戶進(jìn)水壓力。本研究重點(diǎn)關(guān)注產(chǎn)品為室內(nèi)型燃?xì)鉄崴?，故忽略風(fēng)向風(fēng)速的影響，并考慮到家裝建材市場(chǎng)上主流的管路及保溫材料占比較大，故對(duì)特定的一種管路及保溫材料進(jìn)行測(cè)試及分析。主要從用戶出水管路周邊環(huán)境溫度、用戶管路敷設(shè)條件以及用戶進(jìn)水壓力三個(gè)方面進(jìn)行分析，并搭建了實(shí)驗(yàn)設(shè)備。

以這三種不同裝修環(huán)境的管路為測(cè)試對(duì)象，將其置于不同環(huán)境溫度下，觀察并記錄這三種管路在不同進(jìn)水流量下的散熱情況。

2 數(shù)據(jù)處理及分析

2.1 測(cè)量方法

在恒溫恒濕房中正確安裝熱水器，接通2 kPa天然氣與水管。在待測(cè)管路進(jìn)水口與出水口處安裝有水銀溫度計(jì)的三通，并將熱水器的出水口與待測(cè)管路三通連接。嚴(yán)格注意保證管路的密封性、無漏水現(xiàn)象，。

測(cè)量并獲得待測(cè)管路長(zhǎng)度L及直徑D；設(shè)置房間內(nèi)溫度與濕度，等待環(huán)境參數(shù)達(dá)到所需測(cè)試環(huán)境要求；

開啟熱水器，調(diào)整水流量至所需流量V水，預(yù)熱10 min，即可開始正式的測(cè)試。在t1時(shí)刻讀取待測(cè)管路進(jìn)水溫度 T1，在 t1+t(其中t=3.14159(D/2)2L1000/V水60)時(shí)刻讀取待測(cè)管路出水溫度T2，需重復(fù)采集5次數(shù)據(jù)并記錄。

2.2 實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)處理方法

測(cè)試結(jié)束后對(duì)得到的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行如下處理：

待測(cè)管路的總散熱損失計(jì)算公式為：

待測(cè)管路的單位面積計(jì)算公式為：

待測(cè)管路的單位長(zhǎng)度計(jì)算公式為：

式中：Q總——測(cè)試管路的總散熱損失，MJ；

c——水的比熱容，c=4.19×10－3MJ/(kg·℃)；

T2——水管的出水溫度，℃；

T1——水管的進(jìn)水溫度，℃；

L——測(cè)試的水管長(zhǎng)度，m；

D——測(cè)試的水管直徑，m；

Q面——測(cè)試管路的單位面積熱損失，MJ/m2；

Q長(zhǎng)——測(cè)試管路的單位面積熱損失，MJ/m。

2.3 實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)結(jié)果分析

2.3.1 不同水流量及環(huán)境的影響分析

三種不同裝修條件下的管路在不同的水流量(2.5 L/min、4 L/min、6 L/min)及不同的環(huán)境溫度下(5 ℃、25 ℃、35 ℃)的單位長(zhǎng)度散熱損失、單位面積散熱損失及熱流密度曲線分別見圖1～3。

圖1 單位長(zhǎng)度散熱損失

圖2 單位面積散熱損失

圖3 熱流密度

對(duì)圖1、圖2和圖3中三種不同裝修條件下的管路參數(shù)結(jié)果分析后得出以下結(jié)論：

(1)管路敷設(shè)環(huán)境：?jiǎn)挝婚L(zhǎng)度熱損失方面，裸管＞保溫棉管＞水泥管；單位面積熱損失方面，裸管＞保溫棉管＞水泥管；熱流密度方面，裸管＞保溫棉管＞水泥管；

(2)環(huán)境溫度：?jiǎn)挝婚L(zhǎng)度、面積熱損失、熱流量隨著環(huán)境溫度的降低而升高；

(3)水流量：?jiǎn)挝婚L(zhǎng)度、面積熱損失、熱流量隨著水流量的降低而升高。

2.3.2 實(shí)測(cè)結(jié)果應(yīng)用

根據(jù)以上三種管路在不同的水流量(2.5 L/min、4 L/min、6 L/min)及不同的環(huán)境溫度下（5 ℃、25 ℃、35 ℃）測(cè)試所得的單位長(zhǎng)度熱量損失，反向給出用戶的熱水器出水溫度、安裝管路長(zhǎng)度及條件、管路出水端水溫三種數(shù)據(jù)的建議值，具體推算公式如下：

式中：L0——建議安裝的管路長(zhǎng)度，m；

T熱——用戶熱水器設(shè)置的出水溫度，℃；

T出——用戶出水端需求的出水溫度，℃；

D——測(cè)試的水管直徑，m；

Q長(zhǎng)——測(cè)試管路的單位面積熱損失，MJ/m。

圖4、圖5和圖6給出了不同裝修條件下，設(shè)置不同的熱水器出水溫度，獲得固定出水溫度的管路搭接長(zhǎng)度的數(shù)據(jù)曲線。

圖4 設(shè)置溫度40 ℃，出水溫度35 ℃

圖5 設(shè)置溫度50 ℃，出水溫度35 ℃

圖6 設(shè)置溫度40 ℃，出水溫度38 ℃

根據(jù)計(jì)算所得的單位長(zhǎng)度熱損失，可預(yù)估在不同管路的敷設(shè)環(huán)境、不同環(huán)境溫度及所用不同水流量的狀態(tài)下，用戶出水端得到的適宜的出水溫度的建議搭接管路長(zhǎng)度；反之，也可根據(jù)用戶裝修管路長(zhǎng)度，倒推得到用戶應(yīng)設(shè)置的熱水器出水溫度；并根據(jù)用戶裝修環(huán)境給出合理的改進(jìn)意見，增加用戶出水管路的保溫效果，減少管路熱損失，提高用戶使用舒適性。

2.3.3 用戶出水端出熱水等待時(shí)間

此項(xiàng)測(cè)試用來模擬用戶初啟熱水器，管路出水端出熱水等待時(shí)間隨不同進(jìn)水流量變化的規(guī)律曲線。具體測(cè)試方法為：提前設(shè)置好水流量，接通待測(cè)管路，啟動(dòng)熱水器并同時(shí)在管路出水端記錄不同時(shí)間下管路的出水溫度，測(cè)試曲線見圖7。

圖7 管路出水端出熱水等待時(shí)間隨不同進(jìn)水流量變化的規(guī)律曲線

由圖 11可以看出，隨著用戶水流量的提升，用戶出水端溫度提升的速率會(huì)隨之提升，用戶出水端溫度的穩(wěn)定時(shí)間也就相應(yīng)變快。

3 結(jié)語

通過以上實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證及數(shù)據(jù)分析，不難得出家用燃?xì)鉄崴饔脩舫鏊苈返难b修條件、管路的外部溫度環(huán)境以及用戶生活用水的水流量是影響用戶熱水器出水端使用舒適性的主要影響因素。為滿足用戶的舒適性要求，可以給家用燃?xì)鉄崴魃a(chǎn)廠商提出以下三點(diǎn)合理性建議：

(1)以測(cè)試數(shù)據(jù)為理論依據(jù)，設(shè)置水壓加壓裝置，為水壓不足或水速偏低的地區(qū)用戶，增加加壓泵減少水的散熱損失；

(2)以測(cè)試結(jié)果為依據(jù)，在說明書中為用戶提供可參考性的適宜的水溫出口位置、熱水器設(shè)置溫度；

(3)根據(jù)管路長(zhǎng)度給出用戶建議性的出熱水等待時(shí)間。