陳榮 崔海峰 劉洪

（上海市質(zhì)量監(jiān)督檢驗技術(shù)研究院 上海 200240）

近年來，各類電器能效標(biāo)準(zhǔn)的實施以及能效標(biāo)識制度的實行，提高了產(chǎn)品節(jié)能技術(shù)門檻，同時，相應(yīng)的電器產(chǎn)品節(jié)能認(rèn)證也不斷向深度和廣度發(fā)展，促進(jìn)了相關(guān)電器行業(yè)的技術(shù)進(jìn)步和產(chǎn)業(yè)升級。除了涵蓋多數(shù)家用電器以外，能效標(biāo)識和節(jié)能認(rèn)證有逐漸向商用器具和工業(yè)設(shè)備覆蓋的趨勢。

電開水器（以下稱開水器）是一種高能耗電器產(chǎn)品，使用量大，使用率高，能耗大，具有較大節(jié)能潛力。2011年中國質(zhì)量認(rèn)證中心發(fā)布了電開水器節(jié)能認(rèn)證技術(shù)規(guī)范(CQC 3133-2011)并開展了相關(guān)產(chǎn)品的節(jié)能認(rèn)證。能效測試是對開水器進(jìn)行能效評價的基礎(chǔ)，其中試驗方法尤為重要，直接影響到測試數(shù)據(jù)能否客觀科學(xué)地反映被測產(chǎn)品的能效指標(biāo)。筆者在按CQC 3133-2011進(jìn)行開水器能效試驗時，發(fā)現(xiàn)一些因素對試驗結(jié)果影響較大，導(dǎo)致對同一樣品的試驗數(shù)據(jù)差異顯著。通過更為深入的試驗分析，歸納總結(jié)了一些在試驗過程中應(yīng)當(dāng)注意的要點。以下將按試驗項目為序，分別討論這些因素對試驗結(jié)果的影響，以及如何提高開水器節(jié)能認(rèn)證試驗數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和實驗室間比對試驗的數(shù)據(jù)一致性。

1 耗能特點與能效指標(biāo)

普通儲水式開水器的結(jié)構(gòu)一般都是外殼加儲水內(nèi)膽，并以電熱管為加熱元件，輔以控制部件。由于電加熱的效率相當(dāng)，各種開水器之間的耗能差異主要還是看器具本身的熱容大小和保溫措施。圖1記錄了一臺普通開水器的運(yùn)行曲線，從中可以看出普通開水器典型的輸入功率與儲水溫度的運(yùn)行規(guī)律和特點。冷水加注完畢后，通過電熱元件將水加熱至設(shè)定溫度，然后進(jìn)入保溫階段，水溫下降達(dá)到設(shè)定值后，加熱元件再次啟動，如此往復(fù)，呈現(xiàn)規(guī)律的周期性運(yùn)行特點。依據(jù)能量守恒的原理，進(jìn)入保溫階段后，器具的耗電量等于熱水通過器具結(jié)構(gòu)散失的熱量。

CQC 3133-2011中涉及能效的有兩個試驗項目和相關(guān)指標(biāo)，分別為單位水量能耗試驗 和保溫性能試驗。其中，單位水量能耗是指在標(biāo)準(zhǔn)測試條件下，加熱1L水所消耗的電量，評價的是開水器的加熱效率；保溫性能評價的是開水器儲水結(jié)構(gòu)對熱水溫度的保持能力，用4h內(nèi)的水溫降的高低來衡量開水器的保溫性能。這兩個試驗項目的指標(biāo)分別對應(yīng)開水器工作時的兩種狀態(tài)，比較切合開水器的運(yùn)行和耗能特點。

2 單位水量能耗試驗

2.1 試驗方法分析

CQC 3133-2011中以單位水量能耗作為對開水器加熱效率的評價指標(biāo)，其定義和計算公式為：

式中，

Q——單位水量能耗，kW·h /L；

W——耗電量，kW·h；

V——注水量，L。

試驗時，將23℃±1℃的水加熱至設(shè)定溫度后斷開電源，記錄耗電量W。從定義式來看，影響單位水量能耗Q的量除了耗電量W，就是注水量V。注水量通過稱重法獲得，精度較高，那么，單位水量能耗的大小關(guān)鍵是看耗電量。而在注水量一定的情況下，影響耗電量W大小的主要是被加熱水的溫升。

根據(jù)上述對單位水量能耗定義及計算式的分析，可以得出一個推論，進(jìn)行該試驗時，必須嚴(yán)格控制被加熱水的溫升，否則兩次試驗間數(shù)據(jù)的一致性會受較大影響。CQC 3133-2011中對于該水的溫升并沒有明確規(guī)定，只是規(guī)定了初始水的溫度范圍和試驗結(jié)束時水的溫度。暫不論水的終止溫度和測溫儀器的誤差，僅對初始水溫而言，極限的誤差可達(dá)近2℃，即一次試驗時初始水溫為22℃，二次試驗時初始水溫為24℃，假設(shè)終止水溫相同且以99℃計，那么單位水量吸收的熱能可相差約2.7%，這個誤差看似不大，但結(jié)合CQC 3133-2011中對于不同類型不同容量開水器的能效限定值來講，這個誤差足以影響對開水器節(jié)能效果的判定。

2.2 試驗驗證

為了驗證上述推論，筆者選取了一臺額定容量為20L的普通型開水器，按CQC 3133-2011規(guī)定的方法進(jìn)行了兩次驗證試驗，兩次試驗條件僅進(jìn)水溫度不同（見表1），其余試驗條件、方法、環(huán)境和儀器設(shè)備均相同。從試驗數(shù)據(jù)來看，試驗1單位水量能耗要比試驗2的值高出3.1%，高于預(yù)期水平。

初始水溫對試驗結(jié)果的影響還不止于此，由于初始水溫不同，因此在開水器電熱元件加熱功率一定的條件下，將水加熱至終止溫度的時間會有所不同。而在試驗進(jìn)行期間，熱量不間斷地通過器具結(jié)構(gòu)向外散失，試驗時間越長，散熱越多，這部分能量最終都將體現(xiàn)在耗電量上，從而進(jìn)一步影響單位水量能耗的值。

2.3 試驗建議

了解了單位水量能耗試驗的特性以及初始水溫對試驗的重要影響，要解決這個問題從而提高試驗的一致性，可以嘗試的途徑有：

(1)精確控制進(jìn)水溫度，將進(jìn)水溫度的允許范圍限制在±0.5℃或更小范圍之內(nèi)。這種方法能有效提高試驗精度，但對試驗供水設(shè)備的要求較高，意味著更大的試驗成本，隨著試驗條件門檻的提高，其通用性也會隨之降低。

圖1 開水器運(yùn)行曲線

表1 單位水量能耗對比驗證試驗數(shù)據(jù)

(2)將水的溫升納入到計算中去，可以有兩種方式，一是用熱效率 ，即水吸收熱量和耗電量的比，來取代單位水量能耗；二是繼續(xù)使用單位水量能耗這一指標(biāo)，但對耗電量進(jìn)行修正，修正按照實測溫升和標(biāo)準(zhǔn)溫升（如規(guī)定23℃至99℃之間的76℃為標(biāo)準(zhǔn)溫升）之間的關(guān)系來修正耗電量。

3 保溫性能試驗

3.1 試驗方法分析

CQC 3133-2011中以4h內(nèi)儲水溫度的下降值的大小來評價開水器的保溫性能。從傳熱學(xué)的基礎(chǔ)理論來分析，影響傳熱的主要是冷熱源之間的溫差和介質(zhì)的導(dǎo)熱特性。從試驗角度來講，對同一臺開水器，其傳熱結(jié)構(gòu)一定，影響其降溫速度的因素主要是初始水溫和環(huán)境溫度。為此，CQC 3133-2011中規(guī)定了保溫性能試驗在單位水量能耗試驗后進(jìn)行，其初始水溫為98℃~99℃之間，環(huán)境溫度的要求參照SB/T 10640-2008，即23℃±2℃，但該標(biāo)準(zhǔn)沒有明確指出這一溫度范圍的意義，是試驗期間環(huán)境溫度波動范圍不能超過規(guī)定范圍，還是試驗期間的環(huán)境平均溫度值要在該范圍之內(nèi)。于是會有一個疑問，即環(huán)境溫度的差異，是否會對試驗數(shù)據(jù)結(jié)果產(chǎn)生影響。

3.2 試驗驗證

為了驗證上述疑問，筆者再次進(jìn)行了一組對比試驗。試驗在恒溫環(huán)境下進(jìn)行，兩次試驗的環(huán)境溫度平均值分別為21.2℃和24.7℃，試驗期間環(huán)境溫度的波動都不超過0.5℃，其余試驗條件完全一致。試驗數(shù)據(jù)如表2所示，兩次試驗所測得水溫降分別為17.23℃和15.84℃，相差1.39℃，這個差值雖然不大，但相對差值可達(dá)8%以上，即試驗的一致性比較差。

圖2 保溫階段儲水溫度變化

表2 保溫性能對比驗證試驗數(shù)據(jù)

3.3 試驗建議

通過上述保溫性能對比試驗，驗證了環(huán)境溫度對該試驗的重要影響，要解決這個問題可以從以下方法入手：

(1)精確控制環(huán)境溫度，將試驗期間環(huán)境溫度的平均值限制在23±0.2℃，且要求試驗期間環(huán)境溫度的波動范圍不超過平均值±0.5℃。這種方法能有效提高試驗精度，但對試驗環(huán)境的要求較高，同樣意味著更大的試驗成本投入，也使其通用性有所降低。

(2)將儲水溫度和環(huán)境溫度之間的溫差納入到計算中去，規(guī)定一個標(biāo)準(zhǔn)溫差，比如75℃，然后將實測溫差與標(biāo)準(zhǔn)溫差之間的關(guān)系對實際測得的水溫降進(jìn)行修正。

4 結(jié)束語

通過試驗分析，驗證了初始水溫和環(huán)境溫度對開水器節(jié)能認(rèn)證試驗中單位水量能耗和保溫性能兩個指標(biāo)的重要影響。建議中國質(zhì)量認(rèn)證中心就上述參數(shù)對開水器節(jié)能認(rèn)證試驗規(guī)范中的有關(guān)內(nèi)容進(jìn)行論證和修正，同時組織相關(guān)檢測機(jī)構(gòu)開展核驗等活動和手段，以提高開水器節(jié)能認(rèn)證試驗的一致性。從更高更廣泛的層面來講，標(biāo)準(zhǔn)化機(jī)構(gòu)、認(rèn)證機(jī)構(gòu)、測試機(jī)構(gòu)，包括企業(yè)技術(shù)機(jī)構(gòu)，應(yīng)該更關(guān)注測試方法的標(biāo)準(zhǔn)化 和以及對標(biāo)準(zhǔn)中一些試驗方法和指標(biāo)的驗證工作 ，以不斷提高標(biāo)準(zhǔn)化水平。

[1]CQC 3133-2011，商用電開水器節(jié)能認(rèn)證技術(shù)規(guī)范[S].2011.

[2]SB/T 10460-2008，商用電開水器[S].2008.

[3]QB/T 4270-2011，商用電熱開水器[S].2011.

[4]麥綠波.標(biāo)準(zhǔn)化方法和方法標(biāo)準(zhǔn)化[J].中國標(biāo)準(zhǔn)化, 2012（3）：69-74.

[5]劉新建.標(biāo)準(zhǔn)驗證工作的思考[J].中國標(biāo)準(zhǔn)化,2012（1）：81-84.