双模储水式电热水器温升测试及结果分析

金宁 王悦 陈常山 马超

山东省计量科学研究院 山东济南 250014

图1 单模热水器内部结构

1 引言

电热水器是指以电作为能源进行加热的热水器，可长期或临时储存热水。按照GB 4706.12标准对储水式热水器的定义：储水式热水器是加热水并将水储存在容器中，装有控制水温装置的固定式器具[2]。储水式电热水器因为其使用和安装方便，出水量大，水温稳定，不必分室安装等特点，得到广泛应用。储水式电热水器又分为敞开式和封闭承压式两类，敞开式电热水器由于没有对内胆设计承压性能，功能有限，现在几乎退出电热水器的行业。封闭承压式电热水器的内胆是密封的，水箱内水压大，其内胆也耐压，故可多路供水，既可用于淋浴，又可用于洗衣、洗菜，用途广泛。目前国内市场上的电热水器主要是封闭承压式储水电热水器，本文主要讲述的是承压式储水电热水器。

目前市面上大多数承压式储水式热水器内部结构都如图1所示，属于单模热水器。一个电加热管位于电热水器内胆的底部，在加热过程中，将热水器内胆底部的水进行加热，然后通过对流传热，将内胆底部的热水传送至内胆上部，内胆上部低温度的水流向内胆底部，这样形成对流换热循环，达到使整个内胆的水加热的目的。市场上还有部分承压式储水式热水器的产品内部结构如图2所示，属于双模热水器，其内部有两个加热管，一个下部加热管位于内胆底部，作用与样式同单模热水器加热管，另一个上部加热管位于出水口附近环绕，当用户用水较多且热水器内水温较低时，放弃热水器底部的水，集中加热热水器上部靠近出水口的水，即对水箱内储水的上部的水局部加热，以达到快速供应热水、增加热水供应量的目的。

2 温升测试及分析

目前储水式电热水器，按照家用和类似用途电器的安全标准通用部分GB 4706.1-1998和家用和类似用途电器的安全 储水式热水器的特殊要求以及GB 4706.12-2006要求进行安全检测。温升测试是安全检测过程中的一个关键测试，温升测试是为了检验热水器在使用过程中它自身及其安装和环境的温度能否符合要求，以避免温度过高对使用者及其环境产生安全威胁。

图2 双模热水器内部结构

图3 模式一温升曲线

图4 模式二温升曲线

表1 各部件温升汇总

本次温升测试主要进行标准第11章的发热温升测试，对带上下两个电加热管的双模热水器进行了3种发热温升测试及最后的温升结果分析，并分析了对该类双模电热水器哪种温升测试最严酷。三种温升测试模式分别为：第一种模式：热水器水箱加满水，此时底部加热管工作，工作至稳定状态，第二种模式：打开热水器的出水阀，一边进水，一边出水，此时仅上部加热管工作，工作至稳定状态，第三种模式：首先热水器加满水，先让底部加热管工作，到达设定的最高温度后，打开出水阀，开始模拟用水，此时上部加热管工作并一直工作至稳定状态。

根据GB 4706.1-1998、GB 4706.12-2006标准，将热水器样品放置于测试角内，基于热水器的内部结构及工作特点，本次选取八个比较有代表性的温升测试点，热电偶布置点分别是变压器绕组表面、继电器环境、主控板PCB、内部布线、电源线分叉点、手动复位热断路器1环境、手动复位热断路器2环境、维修盖等八处热电偶。按照标准要求，电热器具在1.15倍额定输入功率条件下工作，本次的储水式热水器上部和底部电热管加热功率均为3000W，在进行发热温升测试时，将功率调至3450W，在该条件下进行发热的温升测试，热水器在该状态工作直至稳定状态，各部件趋于热平衡状态，即其温度曲线走势趋于平稳，在进行第一种模式底部加热管工作的发热温升测试时，温升曲线如图3所示。

在进行第二种模式上部加热管工作的发热温升测试时，温升曲线如图4所示。

在进行第三种模式先底部加热管工作然后切换至上部加热管工作的发热温升测试时，温升曲线如图5所示。

为了更直观的对比三种模式的温升结果，本次对测量的各个部件在三种模式下的发热温升数据汇总至如表1所示。

通过三种模式下的温升测试数据汇总，可以总结出，首先，在三种模式下各部件温升均未超出标准要求的温升限值，该储水式电热水器的第11章发热的温升满足标准要求；其次，第一种模式仅底部加热管工作时各部件的温升相对于第二种模式仅上部加热管工作时的各部件温升较高，而第三种模式先底部加热管工作至稳定状态，然后切换到上部加热管工作至稳定的各部件温升是最高的。由此可以推断出在第三种模式下测量标准要求的第11章发热温升是最严酷的状态。

从理论上看，第三种模式先底部加热管工作然后切换到上部电加热管工作比前两种模式严酷，这是两个加热管轮流工作至稳定状态的结果，比第一、第二种模式仅一个加热管工作至稳定状态要更严格，而且从实验结果看，第三种模式的各部件温升趋于稳定，温升曲线趋于平稳需要的时间要比第一、第二种模式更长，这样从原理上分析，热量在热水器内部集聚的时间更长，而且是由先底部加热管加热时候的热量积攒到上部电加热管工作热量，两部分热量积攒叠加到一起。这样引起的内部各部件的温升最高。实际测试结果与理论分析相一致。

由表1的数据还可以明显看出，在进行发热的温升测试时，继电器的温升最高，并且与限定温升比较接近，所以在承压式储水式热水器中，继电器的选择尤为重要，在标准要求的温升限值中，普通的继电器温升是30K，通过试验结果看，该类热水器中的继电器不能选用普通继电器，需要选用温升限值比较高的，带T标志的继电器，本次的继电器即是带T标志的继电器。

图5 模式三温升曲线

3 小结

本文简单描述了两根加热管的双模储水式电热水器，并对双模储水式热水器进行了三种模式的温升测试，温升测试试验数据表明对于第三种模式下各部件的温升是最高的，由此可以推断出该模式测试温升是最严酷的状态。另外对于储水式热水器来说，继电器的选择非常关键，需要选用带T标温升限值高的继电器，普通继电器不能满足温升的要求。

通过试验测试，从用户使用的角度来考虑，第一种模式下储水式热水器用户出热水能正常使用，与单模储水式电热水器的作用相同，第二种模式下出水口水温在试验刚开始时温度没有变化，大约1小时后出水口水温能稍微有所上升，但达不到模式一下的正常水温，该模式下如果仅靠上部电加热管工作，无法实现热水即开即用，第三种模式下用户能正常使用热水，并且上部电加热管可以及时起到补充的作用，提升热水供应量，对多用途供热水也是一种很好的补充，是第一、第二种模式下的有效补充。