基于市場常用熱水器對新型家用常熱儲水式電熱水器的研究

孫志永+嚴振宇

摘 ?要：新型常熱儲水式電熱水器依靠主副兩個儲水桶進行熱水常熱控制，主副內均有通過溫控器、定時器等控制的加熱管。冷水先進入副桶內加熱，當主桶水位下降到設定的臨界水位時，通過單片機控制主副桶之間的水閘打開，副桶已加熱的熱水立即全部進入主桶中，副桶關閉出水口，開啟進水口，進行迅速加熱，以此循環，達到常熱控制的目的。同時，副桶加熱部分耗電量遠遠少于整桶的耗電。

關鍵詞：常熱儲水器;節能;電熱水器研究

一、電熱水器及其市場前景

2013年12月，中國熱水器市場上，電熱水器依然是市場主流熱水器類型，其關注比例接近燃氣熱水器產品的兩倍。其中電熱水器產品的關注比例為64.9%，燃氣熱水器的關注比例為35.1%，而“九正建材網”根據統計，在整個熱水器市場上，儲水式電熱水器占了53%的份額，燃氣熱水器的市場份額在30%左右，太陽能熱水器只有10%的份額，空氣源熱泵式熱水器的份額不足4%，即熱式熱水器的份額不足3%。由此，電熱水器的發展是個必然的趨勢。電熱水器的發展關鍵在于它的內膽。現在市場上的電熱水器內膽有以下幾種：鍍鋅板內膽、不銹鋼內膽、搪瓷內膽、A.O.Smith金圭內膽。其中A.O.Smith金圭內膽比較防腐。據統計，A.O.Smith電熱水器產品用戶其使用壽命大都超過30年。同時，有關專家對電熱水器市場前景相當看好，認為電熱水器將是今后發展的趨勢，市場份額將會越來越大，最后主導地位。電熱水器的發展主要著重于衛生、安全、環保。由于這樣的發展優勢，使得很多研究者，熱水器廠家對這方面的投入。

二、研究的目的

常規家用儲水式電熱水器有預熱時間長、加熱遲緩，使用不便當，耗電，預熱及保溫過程需大量散熱水量有限，經常遇到洗澡洗到一半沒有熱水的現象且洗澡時水溫不穩定，普通水溫越洗越涼臨時用熱水用不上等缺點，造成了其大面積推廣使用的困難。而新型常熱家用電熱水器通過主副桶分工加熱，水量控制從而不需要全桶加熱造成能源浪費水溫不恒定等一系列問題，有效的解決了常規儲水式熱水器的缺點。

三、項目研究目標及主要內容

通過對常規儲水式熱水器進行重新設計，使其克服原有的一系列缺點，從而使達到具有節能，方便等優點。

（一）初步擬定設計思路：將熱水器內膽分為主副兩塊，V主桶：V副=2：1，主副桶均由溫控器，水位控制器進行控制。附桶內的加熱器功率高于主桶，電源開啟時，主副桶同時工作進行加熱，冷水由入水口進入附桶內進行首次加熱，附桶內的加熱器進行快速加溫工作。主桶內的水溫控制器控制主桶內的水溫，當水溫達到預先設計的值時，主桶自動進行自身的加熱過程。當水位控制器感應到主桶水位下降到其預先設定的臨界值時，水位控制器進行工作，控制附桶與主桶連接通道開啟，附桶加熱的水全部進入主桶，水位控制器再次測量水位，發出關閉連接口的指令。附桶的水位控制器從而控制開來冷水的進水口，進而產生循環，有效的保證水溫和水量的恒定。

（二）熱水負荷計算及其相關數據比較。淋浴器熱水熱負荷計算按照GB 50015—2003《建筑給水排水設計規范》（09 版） ，以熱水用水定額來計算，主要公式[3]如下：

Qw = cpqtρ（ θh-θl ）1 000 （1）

根據式（ 1） 計算電熱水器用戶的洗澡加熱水所需的熱負荷，再依據式計算得到用戶洗澡的耗電量。

E = Qw/6ηe

式中E———耗電量，kW·h

ηe———電熱水器效率，取95%

由統計數據用SPSS 軟件計算得到，電熱水器用戶的人均洗澡時間為18.47 min /（ 人·d） ，人均耗電量為1. 22 kW·h。

家庭常用電熱水器與新型家用常熱電熱水器經濟分析基本參數

（三）工作原理及單片機的選擇。新型家用常熱儲水式電熱水器工作原理：剛開始啟動電源，水溫為T1 、流量為q1 的冷水從進水管流入熱水器副桶，主桶。經功率為W 的電熱元件， 加熱后變成溫度為T 的熱水，由出水管流出。當主桶水位下降到40L水量時，副桶水立刻通過中間閥門，將已加熱的水注入到主桶內。水溫控制是通過設定值與測量值之間的比較進行的。當測量值低于設定值時， 控制固態繼電器的導通來控制加熱管工作，當溫度到達設定值時，停止加熱。為了避免加熱管的頻繁啟停， 程序設計中設置了回差控制。當水溫低于設定值一個回差后，才再次啟動加熱管工作，直至水溫重新到達設定值，水位控制是通過設定值和測量值來進行比較的，當水位低于設定值程序設計中會反饋中間閥門控制器打開進行注水。同時副桶冷水進水口進水，這種熱水器功率較大，進行快速加熱，可連續提供熱水，主桶可持續熱水洗澡。

電熱水器控制器是以ATMEL 公司的AT89C52單片機為核心， 模擬信號輸入經過AD 轉換器ADC0804，控制面板的內容顯示采用真空熒光顯示器VFD（Vacuum Fluorescent Dis

play），VFD 的控制與驅動由芯片uPD16311 來完成。AT89C52 單片機簡介本控制系統采用了ATMEL 公司生產的高性能的8 bit 單片機AT89C52 為主控制器。它在40 引腳的封裝內集成了以下主要功能：一個高性能的8 bitCPU 內核;256x8bit 內部

RAM ;8 kB 可反復擦寫Flash ROM;3 個16 bit 可編程計數器/定時器;8個中斷源;32 個雙向I/O 口;可編程UART 串行通道;低功耗空閑和掉電模式等。

四、項目創新特色概述

針對常規儲水式熱水器的缺點缺點加熱慢，不適合人口多的家庭使用等缺點，進行對其創新改造，從而達成節能，方便的優點，有效促進儲水式電熱水器的推廣，具有良好的市場效益。

五、結論與建議

本系統通過采用以AT89C52 單片機為核心控制器件實現了電熱水器的持續加熱出水功能， 為目前市場上家庭常用電熱水器有預熱時間長、加熱遲緩，使用不便當，耗電，預熱及保溫過程需大量散熱水量等不利因素，結合市場前景十分看好的電熱水器市場開拓了方向。成員在設計領域均具有一定的特長，并在不斷的學習過程中積累了濃厚的科技創新的興趣。

參考文獻：

[1] 周航慈教授.電熱水器控制器設計[J].廣州周立功單片機發展有限公司

[2] 劉家友.燃氣熱水器與電熱水器技術經濟比較[J].家電科技，2009（ 21）：57-58.