金寧 王悅 陳常山 馬超

山東省計量科學研究院 山東濟南 250014

圖1 單模熱水器內部結構

1 引言

電熱水器是指以電作為能源進行加熱的熱水器，可長期或臨時儲存熱水。按照GB 4706.12標準對儲水式熱水器的定義：儲水式熱水器是加熱水并將水儲存在容器中，裝有控制水溫裝置的固定式器具[2]。儲水式電熱水器因為其使用和安裝方便，出水量大，水溫穩(wěn)定，不必分室安裝等特點，得到廣泛應用。儲水式電熱水器又分為敞開式和封閉承壓式兩類，敞開式電熱水器由于沒有對內膽設計承壓性能，功能有限，現(xiàn)在幾乎退出電熱水器的行業(yè)。封閉承壓式電熱水器的內膽是密封的，水箱內水壓大，其內膽也耐壓，故可多路供水，既可用于淋浴，又可用于洗衣、洗菜，用途廣泛。目前國內市場上的電熱水器主要是封閉承壓式儲水電熱水器，本文主要講述的是承壓式儲水電熱水器。

目前市面上大多數(shù)承壓式儲水式熱水器內部結構都如圖1所示，屬于單模熱水器。一個電加熱管位于電熱水器內膽的底部，在加熱過程中，將熱水器內膽底部的水進行加熱，然后通過對流傳熱，將內膽底部的熱水傳送至內膽上部，內膽上部低溫度的水流向內膽底部，這樣形成對流換熱循環(huán)，達到使整個內膽的水加熱的目的。市場上還有部分承壓式儲水式熱水器的產品內部結構如圖2所示，屬于雙模熱水器，其內部有兩個加熱管，一個下部加熱管位于內膽底部，作用與樣式同單模熱水器加熱管，另一個上部加熱管位于出水口附近環(huán)繞，當用戶用水較多且熱水器內水溫較低時，放棄熱水器底部的水，集中加熱熱水器上部靠近出水口的水，即對水箱內儲水的上部的水局部加熱，以達到快速供應熱水、增加熱水供應量的目的。

2 溫升測試及分析

目前儲水式電熱水器，按照家用和類似用途電器的安全標準通用部分GB 4706.1-1998和家用和類似用途電器的安全 儲水式熱水器的特殊要求以及GB 4706.12-2006要求進行安全檢測。溫升測試是安全檢測過程中的一個關鍵測試，溫升測試是為了檢驗熱水器在使用過程中它自身及其安裝和環(huán)境的溫度能否符合要求，以避免溫度過高對使用者及其環(huán)境產生安全威脅。

圖2 雙模熱水器內部結構

圖3 模式一溫升曲線

圖4 模式二溫升曲線

表1 各部件溫升匯總

本次溫升測試主要進行標準第11章的發(fā)熱溫升測試，對帶上下兩個電加熱管的雙模熱水器進行了3種發(fā)熱溫升測試及最后的溫升結果分析，并分析了對該類雙模電熱水器哪種溫升測試最嚴酷。三種溫升測試模式分別為：第一種模式：熱水器水箱加滿水，此時底部加熱管工作，工作至穩(wěn)定狀態(tài)，第二種模式：打開熱水器的出水閥，一邊進水，一邊出水，此時僅上部加熱管工作，工作至穩(wěn)定狀態(tài)，第三種模式：首先熱水器加滿水，先讓底部加熱管工作，到達設定的最高溫度后，打開出水閥，開始模擬用水，此時上部加熱管工作并一直工作至穩(wěn)定狀態(tài)。

根據(jù)GB 4706.1-1998、GB 4706.12-2006標準，將熱水器樣品放置于測試角內，基于熱水器的內部結構及工作特點，本次選取八個比較有代表性的溫升測試點，熱電偶布置點分別是變壓器繞組表面、繼電器環(huán)境、主控板PCB、內部布線、電源線分叉點、手動復位熱斷路器1環(huán)境、手動復位熱斷路器2環(huán)境、維修蓋等八處熱電偶。按照標準要求，電熱器具在1.15倍額定輸入功率條件下工作，本次的儲水式熱水器上部和底部電熱管加熱功率均為3000W，在進行發(fā)熱溫升測試時，將功率調至3450W，在該條件下進行發(fā)熱的溫升測試，熱水器在該狀態(tài)工作直至穩(wěn)定狀態(tài)，各部件趨于熱平衡狀態(tài)，即其溫度曲線走勢趨于平穩(wěn)，在進行第一種模式底部加熱管工作的發(fā)熱溫升測試時，溫升曲線如圖3所示。

在進行第二種模式上部加熱管工作的發(fā)熱溫升測試時，溫升曲線如圖4所示。

在進行第三種模式先底部加熱管工作然后切換至上部加熱管工作的發(fā)熱溫升測試時，溫升曲線如圖5所示。

為了更直觀的對比三種模式的溫升結果，本次對測量的各個部件在三種模式下的發(fā)熱溫升數(shù)據(jù)匯總至如表1所示。

通過三種模式下的溫升測試數(shù)據(jù)匯總，可以總結出，首先，在三種模式下各部件溫升均未超出標準要求的溫升限值，該儲水式電熱水器的第11章發(fā)熱的溫升滿足標準要求；其次，第一種模式僅底部加熱管工作時各部件的溫升相對于第二種模式僅上部加熱管工作時的各部件溫升較高，而第三種模式先底部加熱管工作至穩(wěn)定狀態(tài)，然后切換到上部加熱管工作至穩(wěn)定的各部件溫升是最高的。由此可以推斷出在第三種模式下測量標準要求的第11章發(fā)熱溫升是最嚴酷的狀態(tài)。

從理論上看，第三種模式先底部加熱管工作然后切換到上部電加熱管工作比前兩種模式嚴酷，這是兩個加熱管輪流工作至穩(wěn)定狀態(tài)的結果，比第一、第二種模式僅一個加熱管工作至穩(wěn)定狀態(tài)要更嚴格，而且從實驗結果看，第三種模式的各部件溫升趨于穩(wěn)定，溫升曲線趨于平穩(wěn)需要的時間要比第一、第二種模式更長，這樣從原理上分析，熱量在熱水器內部集聚的時間更長，而且是由先底部加熱管加熱時候的熱量積攢到上部電加熱管工作熱量，兩部分熱量積攢疊加到一起。這樣引起的內部各部件的溫升最高。實際測試結果與理論分析相一致。

由表1的數(shù)據(jù)還可以明顯看出，在進行發(fā)熱的溫升測試時，繼電器的溫升最高，并且與限定溫升比較接近，所以在承壓式儲水式熱水器中，繼電器的選擇尤為重要，在標準要求的溫升限值中，普通的繼電器溫升是30K，通過試驗結果看，該類熱水器中的繼電器不能選用普通繼電器，需要選用溫升限值比較高的，帶T標志的繼電器，本次的繼電器即是帶T標志的繼電器。

圖5 模式三溫升曲線

3 小結

本文簡單描述了兩根加熱管的雙模儲水式電熱水器，并對雙模儲水式熱水器進行了三種模式的溫升測試，溫升測試試驗數(shù)據(jù)表明對于第三種模式下各部件的溫升是最高的，由此可以推斷出該模式測試溫升是最嚴酷的狀態(tài)。另外對于儲水式熱水器來說，繼電器的選擇非常關鍵，需要選用帶T標溫升限值高的繼電器，普通繼電器不能滿足溫升的要求。

通過試驗測試，從用戶使用的角度來考慮，第一種模式下儲水式熱水器用戶出熱水能正常使用，與單模儲水式電熱水器的作用相同，第二種模式下出水口水溫在試驗剛開始時溫度沒有變化，大約1小時后出水口水溫能稍微有所上升，但達不到模式一下的正常水溫，該模式下如果僅靠上部電加熱管工作，無法實現(xiàn)熱水即開即用，第三種模式下用戶能正常使用熱水，并且上部電加熱管可以及時起到補充的作用，提升熱水供應量，對多用途供熱水也是一種很好的補充，是第一、第二種模式下的有效補充。