家用熱水器使用安全研究

黃凱敏，柯學(xué)，王平，魏建中，郝珊

（1.廣東產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗研究院，廣東，廣州，510670；2.工業(yè)和信息化部電子第五研究所，廣東 廣州 511370）

0 引言

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展及人們生活水平的提高，越來越多的智能電器進(jìn)入了人們的日常生活，其中主要用作洗浴的家用熱水器，已經(jīng)成為家庭不可缺少的電器。據(jù)相關(guān)資料統(tǒng)計，目前家用熱水器（包括燃?xì)?、電能和太陽能等）在中國城?zhèn)家庭中的普及率已達(dá)到70%以上，成為繼彩電、冰箱、洗衣機(jī)和空調(diào)之后的第五大家用電器。

目前市場上的家用熱水器琳瑯滿目，因使用問題產(chǎn)生的安全事故不勝枚舉。所以，人們在挑選心儀產(chǎn)品的同時，不應(yīng)只著眼于產(chǎn)品的形式及美觀，更應(yīng)著重地考慮產(chǎn)品的使用安全。為幫助消費者更好地了解在使用家用電熱水器過程中存在的安全隱患及注意事項。作者依據(jù)其工作形式及原理，對市場上眾多的家用熱水器進(jìn)行了大致分類，并通過實例對家用熱水器的安裝使用、用電環(huán)境等方面的安全性進(jìn)行了深入的分析與研究。

1 目前市場上流行的家用熱水器品種

1.1 燃?xì)饪焖贌崴?/h3>

家用熱水器又被稱為燃?xì)鉄崴疇t，是指以燃?xì)庾鳛槿剂?，通過燃燒加熱方式，將熱量傳遞到流經(jīng)熱交換器的冷水中，以制備熱水的一種燃?xì)庥镁遊1]。燃?xì)鉄崴髦饕怯砷y體總成、主燃燒器、小火燃燒器、熱交換器和安全裝置等組成，還包括煙道式熱水器的煙道、強(qiáng)排式熱水器的強(qiáng)排裝置等。家用燃?xì)鉄崴鹘?jīng)歷了直排、煙道、強(qiáng)排、平衡、戶外式等階段，每步都是一次技術(shù)突破，都是在洗浴“安全”和“舒適”上的進(jìn)步。其中，直排式熱水器到2000年6月完成了歷史使命，被國家強(qiáng)行禁止銷售、使用；燃?xì)鉄崴鲌?zhí)行標(biāo)準(zhǔn)也經(jīng)歷了“86、94、2001及2015”等，每次標(biāo)準(zhǔn)的更新，都標(biāo)志著燃?xì)鉄崴鞯脑O(shè)計和制造水平上了一個新的臺階。

燃?xì)庑蜔崴魇窃?jīng)占領(lǐng)熱水器市場的主流熱水器，其優(yōu)點是即開即用，等待時間短，而且安裝方便、簡單易用；缺點是在使用時會產(chǎn)生一氧化碳，存在一定的使用安全隱患，嚴(yán)重時，可危及人身安全。

1.2 儲水式電熱水器

家用儲水式電熱水器是指以電作為能源將一定容積的水進(jìn)行加熱的熱水器。儲水式電熱水器又分為敞開式和封閉式，按照安裝方式可分為壁掛式（橫式）和落地式（豎式）熱水器。家用儲水式電熱水器具有安裝方便、出水量大和水溫穩(wěn)定等特點；但傳統(tǒng)的儲水式電熱水器存在加熱速度慢、等待時間長和耗電量大等缺點，另外長期使用，內(nèi)部零件容易老化，存在因絕緣失效而導(dǎo)致漏電的安全隱患[2]。

1.3 即熱式電熱水器

即熱式電熱水器（亦被稱為快熱式電熱水器）一般需較大的電流，即開即熱，水溫恒定，制熱效率高，安裝空間小。即熱式電熱水器又可以分為淋浴型和廚用型（也被稱為小廚寶）等。其優(yōu)點是：即開即熱、省時省電、節(jié)能環(huán)保、體積小巧和水溫恒定等[3]，優(yōu)質(zhì)的即熱式電熱水器核心的即熱式電加熱器技術(shù)非常關(guān)鍵，它決定著熱水器的性能、安全；缺點是：功率比較大，供電線路要求高，電源線路要求至少2.5～5 m2以上，使用久了存在因絕緣失效而導(dǎo)致漏電的安全隱患。

1.4 太陽能熱水器

太陽能熱水器[4]是將太陽光能轉(zhuǎn)化為熱能，將水從低溫加熱到高溫的加熱裝置。太陽能熱水器按結(jié)構(gòu)形式分為真空管式和平板式，真空管式家用太陽能熱水器是由集熱管、儲水箱和支架等相關(guān)零配件組成，把太陽能轉(zhuǎn)換成熱能主要依靠真空集熱管，真空集熱管利用熱水上浮冷水下沉的原理，使水產(chǎn)生微循環(huán)而得到所需的熱水。太陽能熱水器屬高科技產(chǎn)品，其系統(tǒng)保溫性能好，蓄熱能量大，保溫水箱有蓄水功能，可滿足大批量人員集中使用熱水。但太陽能熱水器長時間日照才能把水曬熱，溫度不穩(wěn)定，使用舒適性差。目前太陽能熱水器為了在日照不足天氣也能有熱水，基本都采用了“光電互補(bǔ)”技術(shù)，也就是在太陽能熱水器上再增加一個“電加熱器”。

1.5 空氣能熱水器

空氣能熱水器[5]（也被稱為空氣源熱泵熱水器）是把空氣中的低溫?zé)崃课者M(jìn)來，經(jīng)過介質(zhì)氣化、壓縮機(jī)增壓升溫，再通過換熱器轉(zhuǎn)化給水加熱?？諝饽軣崴骼脡嚎s后的高溫?zé)崮芗訜崴疁兀哂懈咝Ч?jié)能的特點，克服了太陽能熱水器依靠陽光采熱和安裝不便的缺點。由于空氣能熱水器的工作是通過介質(zhì)換熱，因此其不需要電加熱元件與水直接接觸，也防止了燃?xì)鉄崴饔锌赡鼙ê椭卸镜奈ｋU，更有效地控制了燃?xì)鉄崴髋欧艔U氣造成的空氣污染。但該產(chǎn)品存在環(huán)境適應(yīng)性問題，其熱量來源于周圍空氣。在環(huán)境溫度比較高的南方，空氣能熱水器往往有上佳的表現(xiàn)；而在冬季氣溫（-10℃）時，甚至氣溫更低的北方城市，空氣能熱水器很難達(dá)到設(shè)計中預(yù)想的效果。

2 家用熱水器使用的安全性

2.1 燃?xì)鉄崴?/h3>

燃?xì)鉄崴骺梢苑譃橹迸?、煙道、?qiáng)排、平衡和戶外式等。其中，直排式熱水器于2000年6月被國家強(qiáng)行禁止銷售、使用，市場上使用的大多為煙道、強(qiáng)排、平衡和戶外式等。一氧化碳的排放與燃?xì)獾男孤┏蔀槭褂冒踩闹攸c，隨著人們安全意識的提升，大多數(shù)人都知道了燃?xì)獗啊懊簹庵卸尽钡奈：?。?jù)相關(guān)部門統(tǒng)計，目前發(fā)生燃?xì)鉄崴靼踩珕栴}最多的卻是觸電相關(guān)安全事故，其主要原因是由于強(qiáng)排的排風(fēng)扇或者智能控制功能，均需要使用交流電源供電（熱水器外殼或淋浴金屬管道與電源保護(hù)地線相連），如果用電環(huán)境安全方面出現(xiàn)問題，很容易造成觸電事故的發(fā)生。

2.2 電熱式熱水器

家用儲水式電熱水器和即熱式電熱水器都是利用電能作為能源將冷水直接進(jìn)行加熱。雖然目前市面上的電熱水器普遍都采取漏電保護(hù)、防電墻等安全措施，但若使用不當(dāng)，同樣存在用電方面的安全隱患。

式(12)中：α為顯著性水平；Dmin為某方向上目標(biāo)船到周圍船舶的最小距離；f(x)為某方向上周圍船舶到目標(biāo)船最近距離的概率密度分布函數(shù)；D為某方向上顯著性水平為α?xí)r距目標(biāo)船的距離。

2.3 太陽能熱水器及空氣能熱水器

太陽能熱水器雖然主要能源為太陽能，但其往往具有復(fù)雜的電氣控制系統(tǒng)，也需要使用交流電源；空氣能熱水器主要還是利用了電能源，同樣會使用到交流電源。只要使用交流電源供電（380 V/220 V），就會存在熱水器金屬外殼或淋浴金屬管道與供電電源保護(hù)地線相連的問題，如果出現(xiàn)保護(hù)接地故障等用電安全方面的問題，也容易造成觸電事故發(fā)生。

3 家用熱水器使用的用電環(huán)境

無論是燃?xì)鉄崴鳌㈦姛崴?、太陽能或空氣能熱水器等，只要使用到交流電源?80 V/220 V），其用電安全性問題就不容小覦。在選擇上述熱水器時，除應(yīng)注重品質(zhì)外，其安裝使用環(huán)境的安全性也尤為重要，用電的安全保護(hù)措施是最后的生命安全保障。目前，熱水器常用的用電安全保護(hù)措施有防電墻、接地保護(hù)、漏電保護(hù)和等電位聯(lián)結(jié)等，下面具體闡述其安全保護(hù)原理及存在的安全隱患問題。

3.1 防電墻的保護(hù)原理及應(yīng)用

防電墻[6]是“水電阻衰減隔離法”的一種簡稱，利用水本身所具有的電阻（如國標(biāo)規(guī)定自來水在15℃時電阻率應(yīng)大于1 300Ω.cm），通過對電熱水器內(nèi)通水管材質(zhì)的選擇（絕緣材料），管徑和距離的確定形成安全“隔電墻”。當(dāng)電熱水器工作時，加熱內(nèi)膽的水即使帶電，也會在通過“隔電墻”時被水本身的電阻衰減掉而達(dá)到將電隔離的目的。

采用“隔電墻”技術(shù)不僅可以阻隔電熱水器本身可能產(chǎn)生的漏電，也可以阻隔因地線帶電而對淋浴者帶來的安全威脅。這種“隔電墻”技術(shù)雖然具有一定的安全保護(hù)作用，但在實際應(yīng)用中如果使用不當(dāng)，同樣會造成人員的傷亡事故，下面通過一個實際案例進(jìn)行說明。

2015年8月×日，受害人在東莞市某鎮(zhèn)的住處使用某品牌“電熱水器”的過程中觸電受傷，當(dāng)日被送往醫(yī)院急救，后因救治無效死亡?，F(xiàn)場勘查，涉事樓宇的一樓廳內(nèi)墻壁上裝有該房屋的配電盒，盒內(nèi)裝有4個1位斷路開關(guān)，其中1個開關(guān)控制事發(fā)衛(wèi)生間的供電，未見配置漏電保護(hù)開關(guān)。事發(fā)衛(wèi)生間正對房門的墻上安裝有涉案“電熱水器”（如圖1所示），電熱水器下方裝有水龍頭、金屬管道及花灑，熱水器右側(cè)墻上裝有電源插座（如圖2所示）和一個冷熱水型家用增壓泵（如圖3所示）。

圖1 事發(fā)衛(wèi)生間及“電熱水器”

圖2 電熱水器使用的電源插座

圖3 與電熱水器金屬花灑連接的增壓泵

涉案“電熱水器”及增壓泵共用一個電源插座，分別連接在插座的兩個三插上，該插座內(nèi)未見連接保護(hù)接地線，但兩個三插的接地端相通。測量該插座火、零線間電壓約為220 V～，將電熱水器的插頭插入插座通電后，測量電熱水器的金屬水管及花灑，未見帶電現(xiàn)象；但將增壓泵插頭也同時插入該插座后，再次測量電熱水器的金屬水管及花灑，出現(xiàn)帶電現(xiàn)象（如圖4所示）。

圖4 電熱水器金屬管道及花灑帶電

經(jīng)對“電熱水器”檢測發(fā)現(xiàn)其2組發(fā)熱管中，有1組發(fā)熱管出現(xiàn)對接地金屬部件漏電故障。但由于該電熱水器裝有“防電墻”，在單獨使用該熱水器時，漏電被“防電墻”安全隔離，因此其金屬管及花灑不帶電；但當(dāng)連接增壓泵時，增壓泵的金屬外殼通過金屬水管連接到了該“電熱水器”的水龍頭、金屬管和花灑上。因該“電熱水器”故障產(chǎn)生的漏電通過接地線傳導(dǎo)到插座的接地端，并通過插座的接地端傳導(dǎo)給了增壓泵的金屬外殼，再由增壓泵的金屬外殼傳導(dǎo)到金屬水管和花灑上，因此發(fā)生觸電事故。這個事故說明該“電熱水器”的漏電繞過了“防電墻”，通過保護(hù)接地線傳導(dǎo)到金屬管道和花灑上。

3.2 接地保護(hù)的原理及應(yīng)用

當(dāng)前我國現(xiàn)行的低壓配電網(wǎng)絡(luò)最常用的是單相、三相混合供電方式，即三相四線制（380 V/220 V）配電。在這種電網(wǎng)中，凡由于絕緣破壞或其他原因而可能呈現(xiàn)危險電壓的金屬部分，除另有規(guī)定外，均應(yīng)良好接地!保護(hù)接地[7]的原理就是將電氣設(shè)備不帶電的金屬外殼與接地體之間作良好的金屬連接，使接地裝置與人體構(gòu)成并聯(lián)電路，降低可接觸點（觸電點）的對地電壓，避免對人體觸電的傷害。為了保障安全用電，大功率的家用電器通常設(shè)計為“Ⅰ類電器”（帶接地保護(hù)端子）。如果將電器設(shè)備做了接地保護(hù)，則出現(xiàn)單相接地短路或漏電故障時，會在線路中產(chǎn)生較大的短路電流或漏電電流，可使上端保護(hù)器件（斷路器或漏電斷路器）動作脫扣，自動切斷故障線路電源，從而可避免電器設(shè)備漏電狀態(tài)運行時對人身（或設(shè)備）構(gòu)成的威脅。

在三相四線制供電系統(tǒng)中，通常用戶的保護(hù)接地裝置需要單獨制作。接地裝置由接地體和接地線組成，直接與大地土壤接觸的金屬導(dǎo)體被稱為接地體，用電設(shè)備需接地點與接地體連接的金屬導(dǎo)體被稱為接地線。通常規(guī)定“接地電阻不宜超過10Ω”，一般家庭常用的空氣開關(guān)的額定電流為30～100 A，即使發(fā)生接地漏電故障，其漏電流在20～60 A之間，通常的空氣開關(guān)不會因此跳閘保護(hù)（短路除外）。因此，保護(hù)接地的作用通常是降低漏電點的電位和在產(chǎn)生漏電流時使漏電保護(hù)開關(guān)及時地跳閘。

3.3 漏電保護(hù)裝置的原理及應(yīng)用

標(biāo)準(zhǔn)JGJ 16—2008中規(guī)定“每幢住宅的總電源進(jìn)線斷路器，應(yīng)能同時斷開相線和中性線，應(yīng)具有剩余電流動作保護(hù)功能”[8]；標(biāo)準(zhǔn)GB 50096—2011第8.7.2條第6款“每幢住宅的總電源進(jìn)線應(yīng)設(shè)剩余電流保護(hù)或報警裝置”、第8.7.3條“電源總開關(guān)應(yīng)斷開相線和中性線”。由此可知，用電設(shè)備單靠保護(hù)接地還明顯地存在不足，必須加裝漏電保護(hù)裝置才是生命及財產(chǎn)的最后安全保障。

目前應(yīng)用廣泛的是電流型漏電保護(hù)器。通常情況下，三相（單相）負(fù)荷電流和對地漏電流基本平衡，流過互感器一次線圈電流的相量和約為零，即由它在鐵芯中產(chǎn)生的總磁通為零，零序互感器二次線圈無輸出。當(dāng)發(fā)生觸電時，觸電電流通過大地形成回路，亦即產(chǎn)生了零序電流。這個電流不經(jīng)過互感器一次線圈流回，破壞了平衡，于是鐵芯中便有零序磁通，使二次線圈輸出信號，觸發(fā)執(zhí)行信號給執(zhí)行元件動作跳閘，切斷電源。由上述電流型漏電保護(hù)開關(guān)的工作原理可知，漏電保護(hù)開關(guān)僅能對其后端用電器的漏電起保護(hù)作用，而對其前端線路中的接地故障（漏電）不起任何保護(hù)作用。

在普通住宅中，以家庭為單位通常會安裝漏電保護(hù)開關(guān)進(jìn)行安全防護(hù)。但整棟住宅中其他家庭是否也同樣安裝了漏電保護(hù)開關(guān)；整棟住宅的入線端是否安裝了總漏電保護(hù)裝載，這些情況一般人員很難掌握，也缺乏專業(yè)知識。實際上整棟住宅的保護(hù)接地線是相互連通的，如果該棟住宅內(nèi)其他位置的線路發(fā)生了接地故障而沒有進(jìn)行保護(hù)動作，由于保護(hù)接地線的連通及傳導(dǎo)作用，漏電會延保護(hù)接地線傳遞到該棟住宅內(nèi)所有用戶的用電器金屬外殼上。即使自己家庭安裝有漏電保護(hù)開關(guān)，這種情況也根本起不到安全保護(hù)作用。

3.4 等電位聯(lián)結(jié)的原理與作用

等電位聯(lián)結(jié)[9]是指：“把建筑物內(nèi)、附近的所有金屬物，如混凝土內(nèi)的鋼筋、自來水管、煤氣管及其他金屬管道、機(jī)器基礎(chǔ)金屬物及其他大型的埋地金屬物、電纜金屬屏蔽層、電力系統(tǒng)的零線和建筑物的接地線統(tǒng)一用電氣連接的方法連接起來（焊接或者可靠的導(dǎo)電連接），使整座建筑物成為一個良好的等電位體”。等電位聯(lián)結(jié)分為：總等電位聯(lián)結(jié)（MEB）和局部等電位聯(lián)結(jié)（LEB）。MEB的做法是通過每一進(jìn)線配電箱近旁的MEB母排將下列導(dǎo)電部分互相連通：進(jìn)線配電箱的PE（PEN）母排，公用設(shè)施的上下水、熱力、煤氣等金屬管道，建筑物金屬結(jié)構(gòu)和接地引出線。它的作用在于降低建筑物內(nèi)間接接觸電壓和不同金屬部件間的電位差，并消除自建筑物外經(jīng)電氣線路和各種金屬管道引入的危險故障電壓的危害。LEB的做法是在一局部范圍內(nèi)通過局部等電位聯(lián)結(jié)端子板將下列部分用6 mm2黃綠雙色塑料銅芯線互相連通：柱內(nèi)墻面?zhèn)蠕摻?、壁?nèi)和樓板中的鋼筋網(wǎng)、金屬結(jié)構(gòu)件、公用設(shè)施的金屬管道、用電設(shè)備外殼（可不包括地漏、扶手、浴巾架和肥皂盒等孤立小物件）等。一般是在浴室、游泳池、噴水池、醫(yī)院手術(shù)室和農(nóng)牧場等場所，要求等電位聯(lián)結(jié)端子板與等電位聯(lián)結(jié)范圍內(nèi)的金屬管道等金屬末端之間的電阻不超過3Ω。由上述等電位聯(lián)結(jié)原理可知，像保護(hù)接地一樣，如果其連接沒有到位或連接電阻過大，同樣存在產(chǎn)生電擊安全事故的風(fēng)險。

4 如何保證使用熱水器的安全性

觸電指的是電流通過人體而引起的傷害，當(dāng)人手觸摸電線的金屬并形成一個電流回路的時候，人身上就會有電流通過，當(dāng)電流足夠大的時候（＞30 mA），就能夠被人感覺到以至于形成危害。當(dāng)觸電發(fā)生的時候，就要求在最短的時間內(nèi)切除電流。比如說，如果通過人的電流是50 mA，就要求在1 s內(nèi)切斷電流；如果是500 mA的電流通過人體，那么時間限制是0.1 s。

整棟住宅安裝總漏電保護(hù)開關(guān)、安裝保護(hù)接地線和等電位聯(lián)結(jié)等是必不可少的安全措施。盡管有些人可能不了解這些安全知識，但使用符合標(biāo)準(zhǔn)（GB/T 20044—2012）[10]要求的漏電保護(hù)器則是最后一份安全保障?，F(xiàn)在大部分新型電熱水器自帶符合該標(biāo)準(zhǔn)要求的漏電保護(hù)插頭，但目前大部分前期購置或者使用燃?xì)馐綗崴鞯?，一般沒有這種安全保護(hù)裝置（同時可斷開地線）。因此，這就要求家用熱水器的管理和使用者，要更多地了解一些用電安全知識，加強(qiáng)用電安全風(fēng)險意識，才能真正地保障人們的生命財產(chǎn)安全。

5 結(jié)束語

珍愛生命，保障用電安全是永恒不變的主題。家用電熱水器僅僅是居民家庭中眾多家用電器中的一種。關(guān)于家用電器的使用及用電環(huán)境的安全性問題涉及方方面面，本文也有許多未曾涉及的地方。謹(jǐn)希望通過本文所述的內(nèi)容，能起到一定的警示作用，提醒廣大消費者增強(qiáng)用電安全的風(fēng)險防范意識。