王 棟

(廈門優(yōu)勝衛(wèi)廚科技有限公司 福建 廈門 361000)

智能坐便器，又名電子坐便器，一種用水洗替代了衛(wèi)生紙的電器，引發(fā)了一場衛(wèi)浴革命，經(jīng)過近幾年的快速發(fā)展，國內(nèi)家庭普及率已經(jīng)從2016年的0.5%上升到2019年的3.5% ，預計到2035年會達到10%。近幾年，隨著衛(wèi)浴節(jié)能減排國家標準深化執(zhí)行，我國智能坐便器產(chǎn)品將受到越來越多消費者認可，尤其是80、90后一代，他們追求品質(zhì)生活，進一步刺激智能坐便器市場需求。隨著國家對智能坐便器的標準的制定與發(fā)布，特別是坐便器水效等級及能效等級的劃分，都將促使智能坐便器向環(huán)保節(jié)能方向大力發(fā)展。

作為智能坐便器最基本的清洗功能，是將一定流量的水加熱到合適水溫送達清洗部位，來達到清洗污物的目的。單位時間內(nèi)的清洗用的水量，即清洗的最大流量，除了是評判智能坐便器是否節(jié)水的依據(jù)，還是清洗水在保證合適的水溫的情況下，對整機最大功率的一個考驗，目前產(chǎn)品動輒1 600 W以上，耗電量較大。同時，在衛(wèi)生間潮濕環(huán)境中，大功率電器的安全防護需求也更高。而如果只是簡單的降低清洗流量，將使清洗體驗、清潔效果等大大折扣。如何在保證清洗體驗和清潔效果不降低的情況下，還能降低智能坐便器的清洗流量，是一個很有意義的研究課題。筆者就是針對此課題，提出一種新的基于聲波震動技術(shù)的智能坐便器節(jié)能清洗技術(shù)，可以將最大清洗流量降低1/3，整機功率也降低1/3，做到節(jié)水又節(jié)電的目的。

1 清洗水相關(guān)標準

《CBMF15-2019智能坐便器》中：

6.2.4 清洗水流量的分級，一級：200 mL/min≤Q≤650 mL/min；

6.2.5 清洗水量:節(jié)水型智能坐便器的清洗水總量不應大于500 mL；

6.2.6 沖洗力的要求：臀洗清洗力最大值應達到0.06 N以上；

6.2.7 清洗面積：不小于80 mm2；

《GB/T 23131-2019》家用和類似用途電坐便器便座中：

5.2.1清潔率：A級應大≥98.0%

另外判斷清洗水體驗是否舒適，目前尚無明確標準，經(jīng)過大量實驗，特點如下：

(1)流量越大，清洗水越舒適；

(2)水花無規(guī)律的發(fā)散和凌亂會使體驗變差；

(3)清洗面積越大，體驗越舒適。

可以看出清洗水量與清潔效果和舒適度呈正比關(guān)系，大流量可以達到較好的清洗效果，但是流量與水效和能效呈反比的關(guān)系。

2 市場技術(shù)情況

目前市面上智能坐便器的清洗方式，一些較早的機型采用直噴水的方式，此種方案要滿足標準的要求，清洗流量需要做到800 mL/min甚至以上，導致整機最大功率高達2 000 W以上。而現(xiàn)在市面上大部分產(chǎn)品采用的是在水路里面增加空氣泵加壓混入空氣的方式，此方案可以有效地降低流量，但是比較有限，正常最大清洗流量可以到600 mL/min，最大功率達1 600 W以上。如果一味通過增加空氣壓力，來減小清洗水流量，會使得清洗力下降，同時清洗水花會發(fā)散凌亂，導致實際體驗不舒適。還有一種是采用脈沖泵的方案，將出水變?yōu)橛幸?guī)律的大顆粒脈沖水，此方式可有效將流量降低，但是因為成本和體積大等問題未能大量普及。

3 清洗流量與功率的關(guān)系

智能坐便器中提供溫水的電加熱器件的功率，主要和進、出水溫度及流量關(guān)系較大。進水溫度越低，要保證能加熱到設定的溫度，需要的加熱器件的功率越大。根據(jù)《CBMF15-2019智能坐便器》中測試條件：進水溫度15 ℃，即熱式智能坐便器的最高清洗水溫按40 ℃，加熱時間按照8S，根據(jù)加熱功率的計算公式：

W=Q/60×c×(T2-T1)/η×n

其中，W為功率；Q為清洗流量；C為水的比熱容；T1為進水溫度；T2為出水最高溫度；η為加熱轉(zhuǎn)換效率(按0.98) ；n為安全系數(shù)。

計算得出清洗流量與平均功率及最大功率的關(guān)系，如表1所示。

表1 不同清洗水流量下，對應加熱器的功率

平均功率是按照標準測試條件進水溫度15 ℃來進行計算?？紤]到北方大部分地區(qū)冬天自來水的溫度可能接近5 ℃，所以目前即熱式智能坐便器內(nèi)部的加熱器件的選型就需要按照最大功率來確定?？梢钥吹饺绻蚜髁拷档偷?00mL/min，整機的最大功率可以降低到1 100 W，相比目前空氣泵的方案，可以將能耗降低將近1/3。

4 技術(shù)原理及方案

4.1 技術(shù)原理

目前在清潔效果及體驗舒適度等條件約束下，要能降低清洗流量，把連續(xù)水流轉(zhuǎn)成脈沖水流，提高局部最大瞬時能量成為唯一選擇。目前市面有的脈沖水是把連續(xù)的水變?yōu)殚g斷的大顆粒的水珠，同時給水珠增加動能，都是在水流縱向上形成脈沖，稱之為縱向脈沖水，如圖1所示。滿足標準的同時，還能提供較舒適的體驗效果。

圖1 縱向脈沖水

4.2 技術(shù)方案

筆者的方案是首先是將清洗的出水孔減小,流量降低到400 mL/min，內(nèi)部壓力將增大，出水速度會增加，出水的能量將會增加，對沖洗力有一個保證。同時再在出水口處增加頻率達到每分鐘1.2萬次的微型聲波震動馬達，使出水發(fā)生快速擺動，在水流的橫向上形成脈沖，稱之為橫向脈沖水。再配合噴管的移動按摩功能，就可以形成快速的正弦打點效果，迅速擴大清洗面積，形成一個高流速、大面積的水流。不但有高效的清潔效果，還有更大的清洗面積，同時由于聲波震動馬達的震動通過水流傳導到洗凈面，還會具有一定的按摩效果，提升清洗體驗。

圖2為直噴水水花效果 、空氣泵水花效果 、聲波震動水花效果及對應水花打在洗凈面形狀圖，可以明顯看出聲波震動水花比空氣泵水花可以提供規(guī)則的脈沖水花效果和更大的清洗面積，從而提升清洗體驗。

(a)直噴水水花效果

(b)空氣泵水花效果

(c)聲波震動水花效果

5 結(jié)論

通過實際驗證，對實際聲波震動脈沖水方案和空氣泵方案的清洗效果數(shù)據(jù)進行測試，數(shù)據(jù)如表2所示。

表2 空氣泵方案和聲波震動脈沖水在不同流量下測試的清洗效果數(shù)據(jù)對比

可以明顯看出，采用聲波震動脈沖水，在接近400 mL/min的情況下，清洗效果相關(guān)的測試參數(shù)可以達到和空氣泵接近的測試數(shù)據(jù)，特別是清洗面積更是大于空氣泵的數(shù)據(jù)。

由于增大了清洗面積，而且還使水花形成規(guī)則的脈沖水，同時由于聲波震動馬達的震動通過水流傳導到洗凈面，還會具有一定的按摩效果，因此清洗體驗得以提升了。筆者做了小范圍的體驗調(diào)研，實際結(jié)果上會優(yōu)于空氣泵技術(shù)。

通過對常見智能坐便器清洗水的分析，創(chuàng)新性地提出了橫向脈沖水的方式，再通過聲波震動技術(shù)的應用，可以將最大清洗流量降低1/3，整機功率也降低1/3，實現(xiàn)智能坐便器節(jié)能清洗技術(shù)。在滿足標準要求下，有效降低了清洗流量，同時還擁有更高效的清潔效率和更舒適的體驗效果。較目前市場現(xiàn)有產(chǎn)品可以明顯的降低能耗，突破了制約智能坐便器產(chǎn)業(yè)向綠色節(jié)能發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)，為我國傳統(tǒng)衛(wèi)浴產(chǎn)業(yè)的綠色可持續(xù)發(fā)展做出大的貢獻。