朱連喜 鄭暾

伊萊克斯（杭州）家用電器有限公司 浙江杭州 310000

1 引言

在近幾年的熱水器市場中，產(chǎn)品演變正朝著安全、方便、舒適、節(jié)能、健康的方向發(fā)展。隨著消費不斷升級，人民對生活熱水的訴求也在不斷的變化，舒適性和體驗感極佳的燃氣熱水器越來越受到消費者的青睞[1]。據(jù)權(quán)威部門統(tǒng)計2017年中國熱水器市場，燃氣熱水器占據(jù)48%的市場份額，價格上漲12%，熱水器市場正在朝精品化、智能化方向發(fā)展，用戶在購買時更加注重產(chǎn)品帶來的舒適體驗。

普通型家用燃氣熱水器在實際使用過程中，每次都需要先放掉一定量的冷水，才能使熱水達到預(yù)設(shè)溫度，不僅造成水資源的浪費，而且還必須要等待一定時間。尤其在洗澡時，“忽冷忽熱、等待熱水時間過長”給消費者造成極差的用戶體驗[2]?！凹撮_即熱”是以消費者名義為核心的產(chǎn)品開發(fā)趨勢，也是當(dāng)前燃氣熱水器行業(yè)熱門技術(shù)之一。當(dāng)下各大燃氣熱水器廠家紛紛推出或?qū)⒁瞥隽憷渌腿細鉄崴鳎瑢崿F(xiàn)“即開即熱”，并解決“等待熱水時間過長”和“沐浴中水溫忽冷忽燙”的兩大消費痛點[1]，中國燃氣熱水器行業(yè)即將步入“零冷水”時代。我公司最近研發(fā)出一款能夠克服消費痛點的熱水器：零冷水型智能恒溫燃氣熱水器。該款熱水器是在普通燃氣熱水器基礎(chǔ)上進行優(yōu)化，增加循環(huán)泵和恒溫水箱。其特點在于不僅即開即熱，而且能將恒溫?zé)崴焖賯鞅槿?。本文對該熱水器的零冷水設(shè)計原理進行剖析，提供測試方案，僅供參考。

2 零冷水循環(huán)系統(tǒng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)及控制方式

零冷水型燃氣熱水器內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖1所示，通過熱水器內(nèi)置循環(huán)水泵和mini恒熱水箱，循環(huán)加熱管路冷水，mini恒溫水箱過濾溫度波動，實現(xiàn)即開即熱的熱水需求。

零冷水型燃氣熱水器的冷水循環(huán)系統(tǒng)主要在用戶即將使用熱水或不使用熱水時達到提前預(yù)熱的功能,具備單次循環(huán)、定時循環(huán)、全天循環(huán)等多種智能循環(huán)模式，滿足用戶不同的使用習(xí)慣,當(dāng)遠端用水龍頭打開熱水器在正常工作工況時，循環(huán)水泵進出口無壓差，自來水由進水口直接流入熱交換器加熱，熱水器工作狀態(tài)與普通熱水器工況一致，工作原理如圖2所示。當(dāng)遠端用水龍頭關(guān)閉，管路水溫低于用戶設(shè)定水溫時，溫控器發(fā)出水路循環(huán)加熱指令，循環(huán)泵驅(qū)動工作，將熱水器出水口與用水龍頭之間的冷水回抽至熱水器進行循環(huán)加熱，直到溫控器檢測到循環(huán)管路水溫達到設(shè)定溫度時，循環(huán)泵停止工作，直至溫控器再次發(fā)出循環(huán)指令（通常設(shè)置循環(huán)水溫度為35～42℃之間），工作原理如圖3所示。

圖1 零冷水型燃氣熱水器內(nèi)部結(jié)構(gòu)

圖2 零冷水燃氣熱水器正常工況原理圖

圖3 零冷水燃氣熱水器預(yù)熱工作原理圖

3 零冷水型熱水器的管路系統(tǒng)連接方式

3.1 普通型熱水器管道流量分析

普通熱水器由于燃氣滯后水流加熱，初始加熱段未達到額定熱效率，加上管道內(nèi)的殘余冷水，所以每次使用熱水時存在一部分水未充分加熱就被排出[3]的情況。由于各個用戶熱水器距離用水龍頭的長度及各個品牌熱水器點火效率的不同，從水龍頭打開至水溫升至設(shè)定溫度時間都有差異，根據(jù)實際經(jīng)驗，從水龍頭打開至水溫升至設(shè)定溫度時間約為5～15s，以最常用水管尺寸D20為例，檢測正常水流量數(shù)據(jù)如表1所示[4]。

3.2 零冷水裝置的管路連接系統(tǒng)

零冷水型燃氣熱水器在機身設(shè)計上增加了回水管路接口，無論是新房裝修還是老房換裝，都可使用[5]。其外部管路連接方案主要分為兩種：一種是通過在出水管與用水點供應(yīng)冷水的冷水管之間設(shè)置一段與用水點的混水閥并聯(lián)的單向管路，使得熱水器、出水管、并聯(lián)單向管路、冷水管形成循環(huán)管路，管道系統(tǒng)設(shè)計原理如圖4所示，這種方案充分利用了用戶家中原有的冷水管路，用戶不用改造現(xiàn)有的管路設(shè)計就能實現(xiàn)零冷水的管路循環(huán)，施工比較簡便。

另外一種連接方式是對新房裝修或有回水管路用戶，其外部管道系統(tǒng)連接如圖5所示，將回水路一端與熱水器的回水口連接，另一端與屋內(nèi)最遠端用水點的熱水出水管連接，通過零冷水燃氣熱水器的循環(huán)水泵控制直接將熱水管路內(nèi)的冷水段抽回燃氣熱水器進行循環(huán)加熱，達到真正的零冷水體驗。

4 零冷水型燃氣熱水器實驗分析

為模擬零冷水燃氣熱水器的實際使用情況，設(shè)計如圖6所示的實驗原理研究平臺，采用電熱水器模擬用戶回水管路，使電熱水器的加熱系統(tǒng)失效，僅讓其溫度檢測功能顯示內(nèi)膽水溫，搭建實驗平臺，通過控制各個位置的球閥開關(guān)驗證零冷水燃氣熱水器各個工況的實際使用性能。

表1 自來水管水流量與時間的測試數(shù)據(jù)

表2 實驗?zāi)M數(shù)據(jù)對比

實驗步驟如下：

（1）打開球閥1，2，3，4，關(guān)閉球閥5，6，驗證熱水器是否能正常工作；

（2）打開球閥2，3，5，6，關(guān)閉球閥1，4，直至球閥5有水流出則說明電熱水器內(nèi)膽注滿水；

（3）打開球閥1，3，6，關(guān)閉球閥2，4，5，啟動熱水器零冷水循環(huán)加熱模式；

（4）待零冷水預(yù)熱模式運行停止，記錄電熱水器內(nèi)膽水溫并與設(shè)定溫度數(shù)值對比，結(jié)果如表2所示。

實驗結(jié)果表明電熱水器內(nèi)膽水溫與設(shè)定溫度誤差不超過1K，表明零冷水功能運行正常[3]。

圖4 無回水管路零冷水型熱水器管路連接系統(tǒng)圖

圖5 零冷水燃氣熱水器管路系統(tǒng)圖

圖6 實驗原理圖

5 結(jié)論與展望

從目前熱水器市場的信息反饋，消費痛點是企業(yè)研發(fā)的突破方向，也是市場終端的競爭亮點，與傳統(tǒng)燃氣熱水器相比，零冷水燃氣熱水器的mini恒溫水箱保證了熱水器使用過程中的恒溫性能，有效防止了熱水器使用過程中等待時間過長和忽冷忽熱的弊端，顯著提高了用戶使用的舒適性；與普通燃氣熱水器相比，零冷水燃氣熱水器有效地解決了用戶長期使用的浪費問題；零冷水預(yù)熱系統(tǒng)能提高產(chǎn)品市場的核心競爭力，并且可以和其他創(chuàng)新技術(shù)共融[6]。

提高用戶體驗是熱水器發(fā)展的必然趨勢，零冷水型燃氣熱水器優(yōu)勢明顯，近年以來，林內(nèi)，A.O.史密斯，萬和，萬家樂等主流品牌的高端陣營中都有零冷水燃氣熱水器，它們以強大的市場實力引導(dǎo)著消費者的消費傾向和消費理念，這會使零冷水燃氣熱水器的知名度提升，不久的將來必將成為熱水器產(chǎn)品發(fā)展的主要方向之一[1][7]。

[1] 連曉衛(wèi). 零冷水燃氣熱水器火起來. 現(xiàn)代家電. 2016(15):57-58.

[2] 方彥奎，程清偉，潘東文，劉立宇. 一款新型燃料熱水器節(jié)水裝置的設(shè)計探討. 科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2015(21).

[3] 孫千惠. 家用熱水器冷水自動節(jié)水裝置設(shè)計及應(yīng)用分析. 科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2016(03).

[4] 張國義，劉宸碩. 燃氣熱水器的節(jié)水設(shè)計與研究. 安徽建筑，2015(03):180-182.

[5] 雷亮. 空氣源熱泵熱水器控制系統(tǒng)的設(shè)計. 西南交通大學(xué)，2012.

[6] 毛麗麗, 高歡. 淺析節(jié)約冷水直接出熱水型熱水器. 科建園地，2014.

[7] 尹丹桂，王瓊. 燃氣熱水器智能節(jié)水裝置研究與設(shè)計. 大眾科技，

2016,18(205 ):43-44.