零冷水型家用燃?xì)鉄崴髟O(shè)計(jì)原理及測試方案

朱連喜 鄭暾

伊萊克斯（杭州）家用電器有限公司 浙江杭州 310000

1 引言

在近幾年的熱水器市場中，產(chǎn)品演變正朝著安全、方便、舒適、節(jié)能、健康的方向發(fā)展。隨著消費(fèi)不斷升級，人民對生活熱水的訴求也在不斷的變化，舒適性和體驗(yàn)感極佳的燃?xì)鉄崴髟絹碓绞艿较M(fèi)者的青睞[1]。據(jù)權(quán)威部門統(tǒng)計(jì)2017年中國熱水器市場，燃?xì)鉄崴髡紦?jù)48%的市場份額，價(jià)格上漲12%，熱水器市場正在朝精品化、智能化方向發(fā)展，用戶在購買時(shí)更加注重產(chǎn)品帶來的舒適體驗(yàn)。

普通型家用燃?xì)鉄崴髟趯?shí)際使用過程中，每次都需要先放掉一定量的冷水，才能使熱水達(dá)到預(yù)設(shè)溫度，不僅造成水資源的浪費(fèi)，而且還必須要等待一定時(shí)間。尤其在洗澡時(shí)，“忽冷忽熱、等待熱水時(shí)間過長”給消費(fèi)者造成極差的用戶體驗(yàn)[2]?！凹撮_即熱”是以消費(fèi)者名義為核心的產(chǎn)品開發(fā)趨勢，也是當(dāng)前燃?xì)鉄崴餍袠I(yè)熱門技術(shù)之一。當(dāng)下各大燃?xì)鉄崴鲝S家紛紛推出或?qū)⒁瞥隽憷渌腿細(xì)鉄崴?，?shí)現(xiàn)“即開即熱”，并解決“等待熱水時(shí)間過長”和“沐浴中水溫忽冷忽燙”的兩大消費(fèi)痛點(diǎn)[1]，中國燃?xì)鉄崴餍袠I(yè)即將步入“零冷水”時(shí)代。我公司最近研發(fā)出一款能夠克服消費(fèi)痛點(diǎn)的熱水器：零冷水型智能恒溫燃?xì)鉄崴?。該款熱水器是在普通燃?xì)鉄崴骰A(chǔ)上進(jìn)行優(yōu)化，增加循環(huán)泵和恒溫水箱。其特點(diǎn)在于不僅即開即熱，而且能將恒溫?zé)崴焖賯鞅槿?。本文對該熱水器的零冷水設(shè)計(jì)原理進(jìn)行剖析，提供測試方案，僅供參考。

2 零冷水循環(huán)系統(tǒng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)及控制方式

零冷水型燃?xì)鉄崴鲀?nèi)部結(jié)構(gòu)如圖1所示，通過熱水器內(nèi)置循環(huán)水泵和mini恒熱水箱，循環(huán)加熱管路冷水，mini恒溫水箱過濾溫度波動(dòng)，實(shí)現(xiàn)即開即熱的熱水需求。

零冷水型燃?xì)鉄崴鞯睦渌h(huán)系統(tǒng)主要在用戶即將使用熱水或不使用熱水時(shí)達(dá)到提前預(yù)熱的功能,具備單次循環(huán)、定時(shí)循環(huán)、全天循環(huán)等多種智能循環(huán)模式，滿足用戶不同的使用習(xí)慣,當(dāng)遠(yuǎn)端用水龍頭打開熱水器在正常工作工況時(shí)，循環(huán)水泵進(jìn)出口無壓差，自來水由進(jìn)水口直接流入熱交換器加熱，熱水器工作狀態(tài)與普通熱水器工況一致，工作原理如圖2所示。當(dāng)遠(yuǎn)端用水龍頭關(guān)閉，管路水溫低于用戶設(shè)定水溫時(shí)，溫控器發(fā)出水路循環(huán)加熱指令，循環(huán)泵驅(qū)動(dòng)工作，將熱水器出水口與用水龍頭之間的冷水回抽至熱水器進(jìn)行循環(huán)加熱，直到溫控器檢測到循環(huán)管路水溫達(dá)到設(shè)定溫度時(shí)，循環(huán)泵停止工作，直至溫控器再次發(fā)出循環(huán)指令（通常設(shè)置循環(huán)水溫度為35～42℃之間），工作原理如圖3所示。

圖1 零冷水型燃?xì)鉄崴鲀?nèi)部結(jié)構(gòu)

圖2 零冷水燃?xì)鉄崴髡９r原理圖

圖3 零冷水燃?xì)鉄崴黝A(yù)熱工作原理圖

3 零冷水型熱水器的管路系統(tǒng)連接方式

3.1 普通型熱水器管道流量分析

普通熱水器由于燃?xì)鉁笏骷訜?，初始加熱段未達(dá)到額定熱效率，加上管道內(nèi)的殘余冷水，所以每次使用熱水時(shí)存在一部分水未充分加熱就被排出[3]的情況。由于各個(gè)用戶熱水器距離用水龍頭的長度及各個(gè)品牌熱水器點(diǎn)火效率的不同，從水龍頭打開至水溫升至設(shè)定溫度時(shí)間都有差異，根據(jù)實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，從水龍頭打開至水溫升至設(shè)定溫度時(shí)間約為5～15s，以最常用水管尺寸D20為例，檢測正常水流量數(shù)據(jù)如表1所示[4]。

3.2 零冷水裝置的管路連接系統(tǒng)

零冷水型燃?xì)鉄崴髟跈C(jī)身設(shè)計(jì)上增加了回水管路接口，無論是新房裝修還是老房換裝，都可使用[5]。其外部管路連接方案主要分為兩種：一種是通過在出水管與用水點(diǎn)供應(yīng)冷水的冷水管之間設(shè)置一段與用水點(diǎn)的混水閥并聯(lián)的單向管路，使得熱水器、出水管、并聯(lián)單向管路、冷水管形成循環(huán)管路，管道系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理如圖4所示，這種方案充分利用了用戶家中原有的冷水管路，用戶不用改造現(xiàn)有的管路設(shè)計(jì)就能實(shí)現(xiàn)零冷水的管路循環(huán)，施工比較簡便。

另外一種連接方式是對新房裝修或有回水管路用戶，其外部管道系統(tǒng)連接如圖5所示，將回水路一端與熱水器的回水口連接，另一端與屋內(nèi)最遠(yuǎn)端用水點(diǎn)的熱水出水管連接，通過零冷水燃?xì)鉄崴鞯难h(huán)水泵控制直接將熱水管路內(nèi)的冷水段抽回燃?xì)鉄崴鬟M(jìn)行循環(huán)加熱，達(dá)到真正的零冷水體驗(yàn)。

4 零冷水型燃?xì)鉄崴鲗?shí)驗(yàn)分析

為模擬零冷水燃?xì)鉄崴鞯膶?shí)際使用情況，設(shè)計(jì)如圖6所示的實(shí)驗(yàn)原理研究平臺，采用電熱水器模擬用戶回水管路，使電熱水器的加熱系統(tǒng)失效，僅讓其溫度檢測功能顯示內(nèi)膽水溫，搭建實(shí)驗(yàn)平臺，通過控制各個(gè)位置的球閥開關(guān)驗(yàn)證零冷水燃?xì)鉄崴鞲鱾€(gè)工況的實(shí)際使用性能。

表1 自來水管水流量與時(shí)間的測試數(shù)據(jù)

表2 實(shí)驗(yàn)?zāi)M數(shù)據(jù)對比

實(shí)驗(yàn)步驟如下：

（1）打開球閥1，2，3，4，關(guān)閉球閥5，6，驗(yàn)證熱水器是否能正常工作；

（2）打開球閥2，3，5，6，關(guān)閉球閥1，4，直至球閥5有水流出則說明電熱水器內(nèi)膽注滿水；

（3）打開球閥1，3，6，關(guān)閉球閥2，4，5，啟動(dòng)熱水器零冷水循環(huán)加熱模式；

（4）待零冷水預(yù)熱模式運(yùn)行停止，記錄電熱水器內(nèi)膽水溫并與設(shè)定溫度數(shù)值對比，結(jié)果如表2所示。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明電熱水器內(nèi)膽水溫與設(shè)定溫度誤差不超過1K，表明零冷水功能運(yùn)行正常[3]。

圖4 無回水管路零冷水型熱水器管路連接系統(tǒng)圖

圖5 零冷水燃?xì)鉄崴鞴苈废到y(tǒng)圖

圖6 實(shí)驗(yàn)原理圖

5 結(jié)論與展望

從目前熱水器市場的信息反饋，消費(fèi)痛點(diǎn)是企業(yè)研發(fā)的突破方向，也是市場終端的競爭亮點(diǎn)，與傳統(tǒng)燃?xì)鉄崴飨啾龋憷渌細(xì)鉄崴鞯膍ini恒溫水箱保證了熱水器使用過程中的恒溫性能，有效防止了熱水器使用過程中等待時(shí)間過長和忽冷忽熱的弊端，顯著提高了用戶使用的舒適性；與普通燃?xì)鉄崴飨啾?，零冷水燃?xì)鉄崴饔行У亟鉀Q了用戶長期使用的浪費(fèi)問題；零冷水預(yù)熱系統(tǒng)能提高產(chǎn)品市場的核心競爭力，并且可以和其他創(chuàng)新技術(shù)共融[6]。

提高用戶體驗(yàn)是熱水器發(fā)展的必然趨勢，零冷水型燃?xì)鉄崴鲀?yōu)勢明顯，近年以來，林內(nèi)，A.O.史密斯，萬和，萬家樂等主流品牌的高端陣營中都有零冷水燃?xì)鉄崴鳎鼈円詮?qiáng)大的市場實(shí)力引導(dǎo)著消費(fèi)者的消費(fèi)傾向和消費(fèi)理念，這會(huì)使零冷水燃?xì)鉄崴鞯闹忍嵘?，不久的將來必將成為熱水器產(chǎn)品發(fā)展的主要方向之一[1][7]。

[1] 連曉衛(wèi). 零冷水燃?xì)鉄崴骰鹌饋? 現(xiàn)代家電. 2016(15):57-58.

[2] 方彥奎，程清偉，潘東文，劉立宇. 一款新型燃料熱水器節(jié)水裝置的設(shè)計(jì)探討. 科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2015(21).

[3] 孫千惠. 家用熱水器冷水自動(dòng)節(jié)水裝置設(shè)計(jì)及應(yīng)用分析. 科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2016(03).

[4] 張國義，劉宸碩. 燃?xì)鉄崴鞯墓?jié)水設(shè)計(jì)與研究. 安徽建筑，2015(03):180-182.

[5] 雷亮. 空氣源熱泵熱水器控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì). 西南交通大學(xué)，2012.

[6] 毛麗麗, 高歡. 淺析節(jié)約冷水直接出熱水型熱水器. 科建園地，2014.

[7] 尹丹桂，王瓊. 燃?xì)鉄崴髦悄芄?jié)水裝置研究與設(shè)計(jì). 大眾科技，

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