中國香港儲水式電熱水器能效測試的探討

彭佰勝

（佛山市質(zhì)量計量監(jiān)督檢測中心，廣東佛山 528225）

儲水式電熱水器是指加熱水并將水儲存在容器中，且裝有控制水溫裝置的固定式器具。其儲水容量有大有小，市面上從8 升到150 升都可以見到。儲水式電熱水器按其工作原理分類，可以分為密閉式、出口敞開式、水箱式、開口式、水槽式等，目前中國香港市場所見主要為密閉式和出口敞開式。

中國香港為了節(jié)省大量能源，減少發(fā)電廠排放溫室氣體及其它空氣污染物，為進一步方便市民挑選具有能源效益的器具及提升市民對節(jié)約能源的意識，香港政府推行強制性能源效益標簽計劃。根據(jù)強制性標簽計劃，從2018 年開始，在中國香港供應(yīng)的儲水式電熱水器必須貼上能源標簽，讓消費者知悉有關(guān)產(chǎn)品的能源效益表現(xiàn)。

在中國香港銷售的儲水式電熱水器既要滿足安規(guī)標準IEC 60335-1:2010+AMD1:2013+AMD2:2016《Household and similar electrical appliances -Safety -Part 1:General requirements》[1]、IEC 60335-2-21:2012+A1:2018《Household and similar electrical appliances -Safety-Part 2-21: Particular requirements for storage water heaters》[2]的要求，也要滿足中國香港強制性能源效益標簽計劃的要求。中國香港最新強制性能源效益標簽計劃實施細則為《產(chǎn)品能源標簽實務(wù)守則2020》[3]，此細則中儲水式電熱水器能效的測試方法主要依據(jù)IEC 60379-1987《Methods for measuring the performance of electric storage waterheaters for household purposes》[4]標準。由于國內(nèi)部分生產(chǎn)廠家對中國香港儲水式電熱水器能效測試要求不了解，導(dǎo)致不能順利在香港機電工程署備案，或者備案后在市場抽查中容易出現(xiàn)不合格項目。為了提高國內(nèi)儲水式電熱水器的產(chǎn)品質(zhì)量，順利在香港機電工程署備案，本文結(jié)合IEC 60379-1987 標準和《產(chǎn)品能源標簽實務(wù)守則2020》對中國香港儲水式電熱水器能效測試進行了合理的探討。

1 能效測試

1.1 產(chǎn)品適用范圍

根據(jù)IEC 60379-1987 標準和《產(chǎn)品能源標簽實務(wù)守則2020》，儲水式電熱水器滿足以下要求才需要在中國香港備案：在設(shè)計上有一個隔熱良好的容器用于儲存熱水并且?guī)в幸粋€控制水溫的溫控器；該產(chǎn)品使用市電作為唯一電源；容器的容積不超過50 L。如果儲水式電熱水器在設(shè)計上只用于熱飲或熱食用途，或者有超過1 個加熱容器，則不需要在中國香港進行備案。一個加熱容器以上的儲水式電熱水器由于其水溫不均勻，按IEC 60379-1987 標準進行測試誤差比較大，所以標準和實施細則規(guī)定兩個容器的儲水式電熱水器不適用。

1.2 測試條件

根據(jù)IEC 60379-1987 標準和《產(chǎn)品能源標簽實務(wù)守則2020》，需要在以下環(huán)境和安裝條件進行能效測試：在無明顯對流的房間進行，一般認為空氣流速低于0.25 m/s 即滿足要求。環(huán)境溫度為18℃～22℃，相對濕度不超過85%。進水溫度保持在13℃～17℃之間，按制造商規(guī)定安裝熱水器。在中國香港市電規(guī)定的電壓及頻率下測試，即380 V/220 V 和50 Hz 進行測試。額定輸入功率所需電壓與額定電壓的偏差大于5%，則不得進行測試。打個比方，如果電熱水器額定參數(shù)為220 V/3 000 W，實測3 000 W 對應(yīng)的電壓為233 V，由于233 V 大于220 V×105%=231 V，即這個產(chǎn)品不能進行能效測試。生產(chǎn)廠家應(yīng)確保產(chǎn)品的實測功率和額定功率偏差不能過大。

溫控器的設(shè)置：對于可調(diào)節(jié)溫控器的儲水式電熱水器，溫控器應(yīng)設(shè)置平均水溫為（65±3）℃。在進行測試的過程中，溫控器的設(shè)定保持不變。如果使用者不能調(diào)節(jié)儲水式電熱水器的溫控器，則不用調(diào)節(jié)溫控器的設(shè)定，按出廠默認設(shè)置即可。

水溫的測量布點：在容器的上部放置一條熱電偶，在不排水的情況下測量水溫。如果容器是金屬的，則可將熱電偶放在容器的外表面。在國內(nèi)的儲水式電熱水器能效測試中，每個容器要求布置5 條熱電偶，而在香港地區(qū)的能效測試中只需要布置一條熱電偶。進出水溫則可以在儲水式電熱水器的進出水口測量，如果進出水溫的測量是遠離電熱水器出入口的，那可能導(dǎo)致進出水溫偏差較大。

環(huán)境溫度的測量布點：環(huán)境溫度的測量點應(yīng)選擇在被測電熱水器與測試角中間點或距離被測電熱水器1 m 處，兩者取較小值，并位于被測電熱水器的一半高度。環(huán)境溫度應(yīng)在穩(wěn)定的條件下測量。

1.3 額定容積的測試

儲水式電熱水器按正常使用條件安裝和充滿15℃的進水，電熱水器不通電，然后從電熱水器的進水口排空容器，如果從進水口不可能排空，則需要從特定的排放閥排空容器。測量所有排出水的容積，結(jié)果單位為L，保留一位小數(shù)?！懂a(chǎn)品能源標簽實務(wù)守則2020》規(guī)定中國香港儲水式電熱水器額定容積不低于標稱值的98%，而國標GB 21519-2008《儲水式電熱水器能效限定值及能效等級》[5]則要求偏差不大于±10%。因此，國內(nèi)生產(chǎn)企業(yè)應(yīng)注意容積要求的差異。

1.4 能效效益級別的確定

1.4.1 固有能源消耗量的確定

儲水式電熱水器注滿進水溫度為θc的冷水，啟動電源，讓溫控器運作幾個周期，從容器的熱電偶溫度曲線確定樣品已經(jīng)達到穩(wěn)定狀態(tài)。通常來說溫度曲線相鄰波峰與波峰或者波谷與波谷偏差不大于1℃可認為已到達穩(wěn)定。從某次溫控器斷開電源開始計時，直到經(jīng)過48 小時后某次溫控器斷開電源。測量所用的時間t1和耗電量E1，并通過溫度曲線讀取容器水溫每次溫控器斷開時的溫度θA和接通時的溫度θE，如圖1 所示。

圖1 中國香港儲水式電熱水器能效測試示意圖

溫控器斷開時的平均水溫可以用式（1）計算：

溫控器接通時的平均溫度可以用式（2）計算：

容器的平均水溫可以用式（3）計算：

每24 小時的耗電量可以用式（4）計算：

固有能源消耗量用式（5）計算：

式（1）～式（5）中：

θA為溫控器斷開時的平均水溫，θAi為某次溫控器斷開時的溫度，單位為℃；

θE為溫控器接通時的平均水溫，θEi為某次溫控器接通時的溫度，單位為℃；

θM為容器的平均水溫，單位為℃；

t1為測試時間，單位為h；

E1為測試時間的耗電量，單位為kw·h；

E 為每24 小時的耗電量，單位為kw·h；

Est,meas為固有能源消耗量，單位為kw·h/24 h。

1.4.2 能源消耗指數(shù)的確定

儲水式電熱水器的固有能源消耗量包括兩部分：可變固有能源消耗量（Est,var）和因熱能輸送導(dǎo)致的固定能源消耗量（Est,fix）?？勺児逃心茉聪牧恳驘崴鞑煌煌愋偷碾姛崴鞴潭茉聪牧看笾孪嗤?。計算能源效益必須撇除固定能源消耗量的因素，只比較可變固有能源消耗量。固定能源消耗量按經(jīng)驗統(tǒng)一取值0.072 kw·h/24 h。除此之外，由于中國香港規(guī)定密閉式儲水電熱水器需要安裝符合標準要求的壓力釋放閥，而出口敞開式電熱水器沒有此壓力釋放閥，因此對于密閉式儲水電熱水器，地區(qū)因數(shù)取值0.2 kw·h/24 h；對于出口敞開式電熱水器，地區(qū)因數(shù)取值0.1 kw·h/24 h。

儲水式電熱水器的平均固有能源消耗量參考歐盟，按式（6）計算：

儲水式電熱水器的能源消耗指數(shù)按式（7）計算：

式（6）～式（7）中：

V 為器具額定容積，單位為L；

Est,av為平均固有能源消耗量，單位為kw·h/24 h；

Iε為能源消耗指數(shù)，單位為%；

Est,fix為固定能源消耗量，取值0.072 kw·h/24 h；

Eloc為地區(qū)因數(shù)，單位為0.2 kw·h/24 h 或0.1 kw·h/24 h；

Est,meas為固有能源消耗量，單位為kw·h/24 h。

計算出能耗消耗系數(shù)后，可以對照表1 得出中國香港儲水式電熱水器的能源效益級別。

表1 中國香港儲水式電熱水器能耗效益級別

1.5 熱水輸出量的測試

測完固有能源消耗量后，在溫控器斷開后立刻斷開電熱水器的電源，然后供應(yīng)進水溫度為θc的冷水，讓等同額定容積的冷水以固定流速5 L/min 經(jīng)過出水口排出，同時測量出水口的平均溫度θ’p。出口敞開式電熱水器通過進水口控制流速，密閉式電熱水器通過出口控制流速。

按式（8）計算排出水的平均水溫：

式（8）中：

θp為排出水的平均水溫，單位為℃；

θ’p為出水口的平均水溫，單位為℃；

θc為冷水的平均水溫，單位為℃；

θA為溫控器斷開時平均水溫，單位為℃。

額定容積下的熱水輸出量為θp度。

1.6 重新加熱時間的測試

測完熱水輸出量后，接通電熱水器的電源，計算時間tR直到溫控器第一次斷開，同時需要記錄溫控器斷開時的水溫θR，θR和θA的差值需在10 K 之內(nèi)。將水由15℃加熱到65℃所需的重新加熱時間，按式（9）計算：

式（9）中：

tR.50為水由15℃加熱到65℃所需的重新加熱時間，單位為min；

θR為溫控器斷開時的水溫，單位為℃；

θc為冷水的平均水溫，單位為℃；

tR為接通電熱水器的到溫控器斷開的時間，單位為min。

2 市場抽查發(fā)現(xiàn)的問題和質(zhì)量建議

中國香港儲水式電熱水器能效一般要考核以下幾個指標：實測的固有能源消耗量不得高于備案的105%；實測容積不低于備案額定容積的98%；實測熱水輸出量不低于備案的90%；實測重新加熱時間，不得大于備案的110%；實測的能源效益級別不低于備案的級別或能源消耗指數(shù)不高于備案的105%且任何情況不高于下一個較低級別允許的最高能源消耗指數(shù)。

圖2 為某個電熱水器的實測曲線圖，經(jīng)計算其實測的能效數(shù)據(jù)和備案的數(shù)據(jù)如表2 所示。

表2 儲水式電熱水器實測數(shù)據(jù)

圖2 儲水式電熱水器溫度曲線圖

從表2 可見，此電熱水器的固有能源消耗量、熱水輸出量、能源效益級別不符合中國香港實施規(guī)則的要求。固有能源消耗量、能源效益級別不合格的主要原因是備案值偏大，為了宣傳產(chǎn)品故意虛標；部分產(chǎn)品保溫材料性能差或者保溫材料厚度不夠。

熱水輸出量不合格原因分析：首先可能是熱水輸出量備案值過大，實測值不能達到規(guī)定的要求。其次是熱水輸出量和電熱水器的進水管結(jié)構(gòu)密切相關(guān)，輸入相同容積的冷水，如果進水管比較接近出水管，那么進水口的冷水未經(jīng)過容器混合熱水，而是直接流出出水口，容器的熱水不能放出來，則熱水輸出量偏低；反之如果進水口遠離出水口，并且進水管加一個傘狀物，使得進水口的冷水均勻的混合容器的熱水，那么理論上容器的所有熱水都能從出水口放出來，此時熱水輸出量最大，消費者使用上最經(jīng)濟。否則燒一缸熱水都不能使用，比較浪費能源。當然，此時重新加熱時間會比較長一點。

建議生產(chǎn)企業(yè)合理備案儲水式電熱水器的各個參數(shù)，不要吸引消費者故意虛標，要嚴格按照型式試驗的產(chǎn)品進行生產(chǎn)銷售，一旦改變進出水管的結(jié)構(gòu)，會影響備案的關(guān)鍵參數(shù)；要嚴格控制電熱水器的關(guān)鍵元器件特別是發(fā)熱管和容器容積，一旦發(fā)熱管偏差過大，可能導(dǎo)致安規(guī)和能效都不合格，容積改變則可能導(dǎo)致容積偏差不合格。

3 結(jié)論

本文對中國香港儲水式電熱水器的能效測試方法，如：額定容積、固有能源消耗量、能源消耗指數(shù)、重新加熱時間、熱水輸出量進行了詳盡的介紹。通過實測數(shù)據(jù)對儲水式電熱水器在抽查中出現(xiàn)的問題進行了詳盡的分析，并提供了產(chǎn)品質(zhì)量建議。經(jīng)過原理分析得出改變儲水式電熱水器的進水口會影響熱水輸出量的結(jié)論。