非循環(huán)制熱式飲水機(jī)能效等級(jí)評(píng)價(jià)及測(cè)試方法研究

張恒 馬松林 孫芳 孔美陽（1、深圳安吉爾飲水產(chǎn)業(yè)集團(tuán)有限公司 廣東深圳 518108；2、佛山市順德區(qū)美的飲水機(jī)制造有限公司 廣東順德 528311;3、中國家用電器研究院 北京 100053)

1 引言

本文對(duì)近年來新興的非循環(huán)制熱式飲水機(jī)的加熱原理和特點(diǎn)進(jìn)行分析，提出了其能效等級(jí)的評(píng)價(jià)方案和測(cè)試方法，解決了采用相同能效等級(jí)指標(biāo)評(píng)價(jià)不同加熱原理的非循環(huán)制熱式飲水機(jī)的問題，推動(dòng)了飲水機(jī)能效限定值及能效等級(jí)國家標(biāo)準(zhǔn)的制定工作。

2 飲水機(jī)制熱方式分類

2.1 循環(huán)制熱式

循環(huán)制熱式飲水機(jī)是僅需接通電源或接通電源后閉合制熱開關(guān)就能實(shí)現(xiàn)制熱功能，且通過控溫元件實(shí)現(xiàn)制熱和保溫的循環(huán)交替方式制熱的飲水機(jī)。此類是加熱單元內(nèi)置的傳統(tǒng)式飲水機(jī)，特點(diǎn)是啟動(dòng)制熱功能后，飲水機(jī)將按照“加熱→保溫→加熱”的模式循環(huán)工作。

2.2 非循環(huán)制熱式

非循環(huán)制熱式飲水機(jī)是需人為強(qiáng)制性觸發(fā)才能實(shí)現(xiàn)制熱功能，且制熱一個(gè)周期后即停止工作的飲水機(jī)，其特點(diǎn)是啟動(dòng)制熱功能后僅執(zhí)行一次加熱過程，如需再取熱水時(shí)，必須再次手動(dòng)啟動(dòng)制熱功能，此類飲水機(jī)一般無保溫功能。

3 非循環(huán)制熱式飲水機(jī)能效等級(jí)評(píng)價(jià)

3.1 非循環(huán)制熱原理分析

非循環(huán)制熱式目前主要有三種：水壺式、電磁加熱式和速熱式。

水壺式飲水機(jī)：通過無繩電水壺工作原理對(duì)可飲用水進(jìn)行加熱的飲水機(jī)。特點(diǎn)是通過消耗電能，水壺底部的發(fā)熱盤將熱量傳導(dǎo)于水壺的杯底，再與水進(jìn)行熱交換。

電磁加熱式飲水機(jī)：通過渦流電流加熱金屬水杯從而對(duì)可飲用水進(jìn)行加熱的飲水機(jī)。特點(diǎn)是通過消耗電能線圈盤產(chǎn)生交變磁場(chǎng)，在金屬水杯底部形成渦流發(fā)熱，再與水進(jìn)行熱交換。

水壺式和電磁式均是外加熱式，即被加熱的容器位于外部并可與飲水機(jī)分離。它的優(yōu)勢(shì)是熱水真正的沸騰，解決了循環(huán)制熱式的“陰陽水”、“千滾水”的問題，并且加熱部分清洗方便，在健康飲水方面優(yōu)勢(shì)顯著。

速熱式飲水機(jī)：將可飲用水流過加熱單元即被加熱的飲水機(jī)。特點(diǎn)是通過消耗電能瞬間將加熱單元加熱，水流經(jīng)加熱單元時(shí)進(jìn)行熱交換，即時(shí)將水加熱。它的優(yōu)勢(shì)是開啟制熱功能后，數(shù)秒鐘即可取熱水，無需等待加熱過程，即取水即加熱，但家用時(shí)受限于功率不能過大，所以熱水流量較小。

3.2 能效等級(jí)評(píng)價(jià)指標(biāo)

雖然速熱式與外加熱式(水壺和電磁式)的加熱單元的結(jié)果及加熱原理不同，但它們?nèi)跃哂邢嗤奶攸c(diǎn)。速熱式的加熱特點(diǎn)是小容量短時(shí)間，即被加熱水的體積小，加熱的時(shí)間短；而外加熱式(水壺和電磁式)的加熱特點(diǎn)是大容量長時(shí)間，即被加熱水的體積大，加熱時(shí)間長。所以要對(duì)比速熱式與外加熱式的制熱效率時(shí)，可以采用對(duì)速熱式持續(xù)取熱水，并且所取熱水的量與外加熱式相當(dāng)?shù)姆椒ǎ仕贌崾脚c外加熱式的能效是可以采用相同的指標(biāo)進(jìn)行評(píng)價(jià)的。

評(píng)價(jià)飲水機(jī)的能效應(yīng)從兩個(gè)方面考慮，一是有效耗能，消耗的電能轉(zhuǎn)化為被水吸收熱量的能力；二是無效耗能，消耗的電能對(duì)水的熱量吸收無貢獻(xiàn)。所以可以用制熱效率和待機(jī)功率兩個(gè)指標(biāo)進(jìn)行評(píng)價(jià)。

制熱效率，飲水機(jī)的水所吸收的熱能與消耗的電能之間的比值。

計(jì)算公式：

制熱效率η的值越大，則飲水機(jī)越節(jié)能。

待機(jī)功率，根據(jù)使用說明，飲水機(jī)充滿水，所有功能均不開啟，通電并處于準(zhǔn)備使用狀態(tài)時(shí)的功率。

待機(jī)功率W的值越小，則飲水機(jī)越節(jié)能。

圖1 標(biāo)準(zhǔn)水杯

4 測(cè)試方法

4.1 熱水溫度測(cè)試

在規(guī)定的測(cè)試條件下，非循環(huán)性制熱方式的飲水機(jī)熱水出水溫度必須滿足一定的要求后，才會(huì)進(jìn)行制熱效率和待機(jī)功率的測(cè)試，然后根據(jù)測(cè)試結(jié)果進(jìn)行能效等級(jí)的判定。

4.1.1 外加熱式熱水溫度測(cè)試

外加熱式(水壺和電磁式)的優(yōu)勢(shì)是熱水真正沸騰，故要求外加熱式飲水機(jī)熱水溫度應(yīng)不低于95℃。

因外加熱式飲水機(jī)都自帶水杯，所以測(cè)試方法為：僅啟動(dòng)制熱功能，當(dāng)制熱工作停止時(shí)，立即測(cè)量水杯內(nèi)水的幾何中心位置的水溫。(如熱水出水量為程序控制，應(yīng)以最大出水量程序執(zhí)行。)

4.1.2 速熱式熱水溫度測(cè)試

速熱式飲水機(jī)并非標(biāo)配水杯，且由于功率的限制，其熱水流量較小(小于800ml/min)，用GB/T 22090-2008中6.2.1.1測(cè)試出水口下方10mm處水溫的方法難以操作，故采用QB/T 4098-2010中6.2.1的方法，要求熱水溫度應(yīng)不低于90℃。

測(cè)試方法為：啟動(dòng)制熱系統(tǒng)，用1L玻璃容器放出(0.2±0.025)L水倒掉，繼續(xù)放出(0.5±0.025)L,立即測(cè)量杯中水的幾何中心位置的水溫。(如加熱為程序控制，則排除第一次加熱的水;如熱水出水量為程序控制，則以最大出水量程序執(zhí)行。)

4.2 制熱效率測(cè)試

在規(guī)定的環(huán)境溫度下進(jìn)行試驗(yàn)，初始水溫t1與環(huán)境溫度一致，如熱水溫度可調(diào)，則將加熱溫度設(shè)定至最高溫度值。飲水機(jī)注水后，在待機(jī)狀態(tài)下放置超過兩小時(shí)。

4.2.1 外加熱式制熱效率測(cè)試

僅啟動(dòng)飲水機(jī)制熱功能，用飲水機(jī)自帶水杯接水，直到接近最大水位線 (如出水為程序控制，則按最大出水量程序執(zhí)行)，當(dāng)制熱工作結(jié)束時(shí)，立即測(cè)量此時(shí)水杯中的水溫t 。同時(shí)，記錄消耗的總電能E。然后稱量水杯中熱水的質(zhì)量m，按照上述2.2熱效率計(jì)算公式計(jì)算熱效率η。測(cè)試三次，以其算術(shù)平均值作為最終結(jié)果。

4.2.2 速熱式制熱效率測(cè)試

僅啟動(dòng)飲水機(jī)制熱功能，先排除最初的管路殘留水約200ml(如加熱為程序控制，則排除首次加熱的水)，再立即用水杯接水(如飲水機(jī)自帶水杯，則用自帶水杯接水，否則用標(biāo)準(zhǔn)水杯接水)，直到接近1L的熱水為止(如出水量為程序控制，則以最接近1L水量的程序執(zhí)行)，并立即測(cè)量此時(shí)水杯中的水溫t 。同時(shí)，記錄消耗的總電能E。然后稱量水杯中熱水的質(zhì)量m，按照上述2.2熱效率計(jì)算公式計(jì)算熱效率η。測(cè)試三次，以其算術(shù)平均值作為最終結(jié)果。

對(duì)于沒有自帶水杯的速熱式飲水機(jī)，在進(jìn)行熱效率測(cè)試時(shí)用標(biāo)準(zhǔn)水杯進(jìn)行接水。為了在測(cè)試方法上盡可能與外加熱式公平一致，標(biāo)準(zhǔn)水杯的外觀、結(jié)構(gòu)以及材質(zhì)等均與外加熱式水杯一致，僅在接水處增加接水漏斗和連接管路。標(biāo)準(zhǔn)水杯如圖1所示。

4.3 待機(jī)功率測(cè)試

在規(guī)定的環(huán)境溫度下進(jìn)行試驗(yàn)，初始水溫與環(huán)境溫度一致。根據(jù)使用說明，飲水機(jī)注水連接電源后，處于待機(jī)狀態(tài)1小時(shí)以上；然后開始測(cè)試，記錄約整小時(shí)所用的時(shí)間t和耗電量E。

根據(jù)以下公式計(jì)算得出待機(jī)功率：

P = E /t

5 結(jié)論

綜上所述，本文通過對(duì)非循環(huán)制熱飲水機(jī)的加熱原理及其特點(diǎn)的分析，提出了能效等級(jí)評(píng)價(jià)指標(biāo)和測(cè)試方法的方案，并針對(duì)非自帶水杯的速熱式飲水機(jī)的制熱效率測(cè)試方法，提出了標(biāo)準(zhǔn)水杯的方案，解決了外加熱式和速熱式兩類不同加熱原理的飲水機(jī)采用相同能效等級(jí)評(píng)價(jià)指標(biāo)的難題。

近年來，國內(nèi)飲水機(jī)每年的銷售量均超過2000萬臺(tái)，經(jīng)過近二十年的發(fā)展，飲水機(jī)的國內(nèi)保有量也比較大，由于國人的飲用熱水的習(xí)慣，飲水機(jī)成為電能消耗的大戶，所以出臺(tái)飲水機(jī)能效限定值及能效等級(jí)的國家標(biāo)準(zhǔn)也顯得尤為迫切。相信隨著該強(qiáng)制性國家標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)布和實(shí)施，飲水機(jī)行業(yè)將會(huì)朝著更節(jié)能、更環(huán)保、更健康的方向發(fā)展。

[1]《飲水機(jī)能效限定值及能效等級(jí)》報(bào)批稿

[2]GB/T 22090-2008《冷熱飲水機(jī)》

[3]QB/T 4098-2010《家用和類似用途的速熱式飲水機(jī)》