一種混合動力快熱式電熱水器使用性能的測試分析

單青 牛紹全

摘要 對一種混合動力快熱式電熱水器使用流量性能的測試和分析。針對混合動力快熱式電熱水器和太陽能熱水器在家用住宅中的系統(tǒng)性組合應用，結(jié)合用戶對洗浴用水流量的舒適度要求，對混合動力快熱式電熱水器的出水流量進行測試驗證。并提出可滿足用戶舒適使用要求的產(chǎn)品應用條件。

關(guān)鍵詞 混合動力快熱式電熱水器;太陽能熱水器;流量;溫升

一 引言

目前非承壓緊湊式太陽能熱水器產(chǎn)品主要安裝于家用建筑的外部屋頂，通過熱虹吸的原理自然循環(huán)實現(xiàn)集熱管和水箱的熱量交換。常規(guī)采用電加熱管作為其輔助熱源，在陰雨天及冬季補充熱能。但由于電加熱管與太陽能熱水器為整體式裝配，電加熱管工作時是將太陽能熱水器的整箱水加熱，而太陽能熱水器的容積一般大于100L，電加熱管工作時能源消耗較大。若消費者不開啟使用電加熱，將造成熱水量不足不能滿足用戶的使用需求。

混合動力快熱式電熱水器產(chǎn)品，工作原理為：與非承壓緊湊式太陽能熱水器組合系統(tǒng)使用，當非承壓緊湊式太陽能熱水器中的水溫達不到洗浴溫度時，太陽能熱水器中的冷水經(jīng)過該混合動力快熱式電熱水器后瞬時加熱，并根據(jù)設定水溫自動調(diào)節(jié)加熱功率，可現(xiàn)實進水加熱、出水即熱功能。同時具備非承壓緊湊式太陽能熱水器的自動上水、解凍控制等功能，實時顯示太陽能熱水器的水溫和水位等狀態(tài)。主要特點為：滿足即開即熱的使用需求，大功率速熱;多能源結(jié)合，功能集合太陽能熱水器和即熱加熱于一體;在太陽能熱水器水溫不滿足熱水需求的情況下，以太陽能熱水器的基礎(chǔ)水溫為加熱點，混合動力快熱式電熱水器作為輔助熱源，加熱速度快，節(jié)省能源。系統(tǒng)運行原理如圖1所示。

為進一步驗證混合動力快熱式電熱水器在配套非承壓緊湊式太陽能熱水器后的用水使用性能，對產(chǎn)品進行了使用出水流量的測試分析。

依據(jù)《GB 28378-2012淋浴器用水效率限定值及用水效率等級》標準第4.3條最小流量要求：淋浴器在（0.30±0.01）MPa動壓下，流量不小于0.07L/s（4.2L/min）。即按照淋浴最小流量4.2L/min的要求進行測試，測試情況如下：

二 冷水進水情況下的出水溫度和流量實驗

基礎(chǔ)測試條件：進水水溫17-20℃，進水壓力0.06-0.3MPa，混合動力快熱式電熱水器加熱設置溫度最大52℃，溫差32-35℃?；旌蟿恿鞜崾诫姛崴黠@示流量與出水溫度、溫升、進水壓力關(guān)系如圖2所示：

結(jié)果說明：從圖2看，在進水溫度偏低（可視為自來水溫度）的情況下，隨著進水壓力的不斷增大（藍色線），流量越大（橫坐標），溫升越?。ňG色線），出水溫度越低（紅色線），出水溫度逐漸達不到混合動力快熱式電熱水器加熱設置溫度值（52℃）。

在出水流量滿足洗浴的最小流量4.2L/min時，溫升大約21℃，出水溫度約為40℃（低于加熱設置溫度52℃）。

在出水溫度達到加熱設置溫度時，流量<2.9L/min，低于最小流量要求。

溫度達到42℃時，流量約為3.8L/min。

若想較好的滿足用戶熱水需求，在出水流量達不到4.2L/min時需要增加進水增壓泵使用，同時進水溫度與加熱設置溫度的溫差不宜過大。

三 溫水進水情況下的出水溫度和流量實驗

基礎(chǔ)測試條件：進水水溫35±1℃，進水壓力0.06-0.3MPa，混合動力快熱式電熱水器加熱設置溫度最大52℃，溫差17℃?；旌蟿恿鞜崾诫姛崴黠@示流量與出水溫度、溫升、進水壓力關(guān)系如圖3所示：

結(jié)果說明：從圖3看，在進水溫度適中（非承壓緊湊式太陽能熱水器內(nèi)水溫）的情況下，隨著進水壓力的不斷增大（綠色線），流量增大（橫坐標），由于混合動力快熱式電熱水器的加熱能力和變頻控制功能的作用，在出水流量≥4.2L/min時，溫升大約17℃，水溫度能達到加熱設置溫度值且保持較平穩(wěn)，說明在有一定基礎(chǔ)水溫的情況下，混合動力快熱式電熱水器能夠滿足淋浴流量和出水溫度的要求。

四 理論計算的流量和溫升的關(guān)系

按照該混合動力快熱式電熱水器的額定功率5000W加熱工作，理論計算出水流量與混合動力快熱式電熱水器溫升的關(guān)系。

計算公式為：Q=cmΔT

參數(shù)說明：Q：能量，單位J

c：水的比熱容，4.2×10^3J/（KG×℃）

m：質(zhì)量，單位KG

ΔT：溫升，單位℃

計算結(jié)果數(shù)據(jù)和曲線關(guān)系如下表1和圖4。

計算結(jié)果說明：在滿足最小洗浴流量要求的4.2L/min時，溫升為17℃，即當要達到洗浴溫度42℃（一般的默認可洗浴溫度），則初始水溫需達到25℃。

五 流量衰減實驗

實驗系統(tǒng)安裝如圖5：

非承壓緊湊式太陽能熱水器安裝高度約3.5m，混合動力快熱式電熱水器安裝高度約0.5m，兩者高度差約3m。采用4分不銹鋼波紋管作為連接管路，管路中連接流量計和增壓泵（作為試驗用，不代表實際安裝需要），出水管路不經(jīng)過混合動力快熱式電熱水器，直接放水，不開啟增壓泵，出水流量為（出水壓力0.04MPa）： 472.6L/h（7.9 L/min）。

將出水管路切換接入混合動力快熱式電熱水器后，出水流量：112.1 L/h（1.9 L/min）。

六 結(jié)語

混合動力快熱式電熱水器作為電能與太陽能結(jié)合的產(chǎn)品，可實現(xiàn)對非承壓緊湊式太陽能熱水器的有效補充，滿足用戶對熱水和出水即熱的要求，且能源及時使用，不造成大的耗能，是電能和太陽能結(jié)合較節(jié)能的方式。從以上實驗結(jié)果看，混合動力快熱式電熱水器的應用需注意流量和溫度的關(guān)系，即：

（一）在進水達到一定基礎(chǔ)水溫后，才能滿足洗浴的溫度和流量要求。

（二） 解決流量衰減的問題，可通過增加增壓泵的方式實現(xiàn)，或通過管路設計安裝實現(xiàn)經(jīng)過/不經(jīng)過混合動力快熱式電熱水器的方式，在太陽能熱水器溫度足夠時方便洗浴。

參考文獻

[1] GB 28378-2012 淋浴器用水效率限定值及用水效率等級

[2] QB/T 1239-1991 快熱式電熱水器

作者簡介：單青（1981.11-），女，漢，大學本科，中級工程師，山東力諾瑞特新能源有限公司（山東省濟南市經(jīng)十東路30766號，250103）

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