過(guò)峰，趙介軍，聶義，俞建峰

（1.無(wú)錫出入境檢驗(yàn)檢疫局，江蘇無(wú)錫214174；2.江南大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，江蘇無(wú)錫214122）

儲(chǔ)水式電熱水器的性能檢測(cè)裝置的設(shè)計(jì)

過(guò)峰1，趙介軍1，聶義1，俞建峰2

（1.無(wú)錫出入境檢驗(yàn)檢疫局，江蘇無(wú)錫214174；2.江南大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，江蘇無(wú)錫214122）

根據(jù)質(zhì)檢單位、實(shí)驗(yàn)室和生產(chǎn)企業(yè)所參照的儲(chǔ)水式電熱水器的性能檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計(jì)了一臺(tái)基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的儲(chǔ)水式電熱水器的性能檢測(cè)裝置?；谙嚓P(guān)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中的24 h固有能耗和出水率等性能檢測(cè)指標(biāo)，最終設(shè)計(jì)了一個(gè)儲(chǔ)水式電熱水器性能檢測(cè)裝置的檢測(cè)流程與測(cè)試平臺(tái)。該性能檢測(cè)裝置能夠大大地提高檢測(cè)效率，降低勞動(dòng)強(qiáng)度，節(jié)省檢測(cè)成本，因此，其具有一定的推廣使用價(jià)值。

儲(chǔ)水式電熱水器；性能檢測(cè)；固有能耗；出水率；檢測(cè)流程；測(cè)試平臺(tái)

0 引言

隨著儲(chǔ)水式電熱水器的發(fā)展，對(duì)其性能的自動(dòng)檢測(cè)便成為了一個(gè)亟待解決的技術(shù)難題。這在客觀上要求能夠盡快地設(shè)計(jì)、生產(chǎn)出一種自動(dòng)檢測(cè)儲(chǔ)水式電熱水器性能的裝置，以達(dá)到既方便廠家、檢驗(yàn)部門(mén)安檢工作的展開(kāi)，又讓顧客放心地使用自己購(gòu)買(mǎi)的熱水器產(chǎn)品的目的。

1 性能檢測(cè)的指標(biāo)

本文所設(shè)計(jì)的基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的儲(chǔ)水式電熱水器的性能檢測(cè)裝置，其檢測(cè)的理論依據(jù)是按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的具體規(guī)定，通過(guò)檢測(cè)熱水器的24 h固有能耗來(lái)衡量熱水器的質(zhì)量。在儲(chǔ)水式電熱水器銷(xiāo)售之前，必須在電熱水器的明顯位置上粘貼“中國(guó)能效標(biāo)識(shí)”，注明耗能的高低與等級(jí)、24 h固有能耗系數(shù)（ε）和熱水輸出率（μ）等性能參數(shù)[1]。

1.2 24 h固有能耗測(cè)試

24 h固有能耗是指在不使用熱水器的條件下，將水溫維持在設(shè)置溫度時(shí)平均每24 h所需要的實(shí)際能量。能耗值是衡量熱水器性能的一個(gè)重要參數(shù)，決定著使用性能的優(yōu)劣等級(jí)。

1.1.1 測(cè)試點(diǎn)的布置

本設(shè)計(jì)系統(tǒng)是以單工位（即單容器）為例，因此，這里的測(cè)試點(diǎn)的布置也是針對(duì)單容器進(jìn)行的。為了使檢測(cè)溫度合理且具有普遍性，溫度測(cè)試點(diǎn)應(yīng)該結(jié)合筒體的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)合理地分布于整個(gè)筒體，所以溫度測(cè)試點(diǎn)的位置應(yīng)當(dāng)選擇電熱水器筒體的兩端和中間位置。在儲(chǔ)水式電熱水器筒體布置測(cè)溫點(diǎn)的位置上，開(kāi)好便于熱電偶插入的孔，對(duì)單容器的電熱水器需要在指定的位置上布置5點(diǎn)熱電偶進(jìn)行測(cè)溫。在本系統(tǒng)中，電熱水器是水平放置的，其溫度測(cè)試點(diǎn)的分布如圖1所示，圖中“×”表示熱電偶的放置位置，D為容器直徑，L為容器長(zhǎng)度。

圖1 儲(chǔ)水式電熱水器的溫度測(cè)試點(diǎn)分布示意圖

1.1.2 檢測(cè)不排水時(shí)儲(chǔ)水器的平均溫度θM

a）將溫度控制器每次斷開(kāi)電源時(shí)所檢測(cè)的儲(chǔ)水溫度設(shè)為θAij，求出多次所測(cè)溫度值θAij的平均值，即可得到溫度控制器斷開(kāi)電源時(shí)的儲(chǔ)水平均溫度，設(shè)為θA[2]，按式（1）計(jì)算:

式（1）中:θA——溫度控制器在斷開(kāi)電源時(shí)的儲(chǔ)水均溫，℃；

θAij——溫度控制器某測(cè)溫點(diǎn)在某次斷開(kāi)時(shí)的儲(chǔ)水均溫，℃；

m——測(cè)量次數(shù)；

n——測(cè)試點(diǎn)的個(gè)數(shù)。

b）將溫度控制器每次接通電源時(shí)所檢測(cè)的儲(chǔ)水溫度設(shè)為θEij，求出多次所測(cè)溫度值θEij的平均值，即可得到溫度控制器接通電源時(shí)的儲(chǔ)水均溫，設(shè)為θE，按式（2）計(jì)算:

式（2）中:θE——溫度控制器接通電源時(shí)的儲(chǔ)水均溫，℃；

θEij——溫度控制器某測(cè)溫點(diǎn)在某次接通電源時(shí)的儲(chǔ)水溫度，℃；

m——測(cè)量次數(shù)；

n——測(cè)試點(diǎn)的個(gè)數(shù)。

c）將熱水器不排水時(shí)內(nèi)膽中的平均水溫設(shè)為θM，按式（3）計(jì)算:

式（3）中:θM——排水停止時(shí)，內(nèi)膽中的平均水溫，℃。

1.1.3 溫度控制器設(shè)定

向電熱水器中注入溫度為（15±2）℃的水，先關(guān)閉出水閥，再打開(kāi)進(jìn)水閥，在額定功率下接通電源開(kāi)始工作。調(diào)整溫度控制器到設(shè)定的儲(chǔ)水溫度后，電熱水器在接通-斷開(kāi)-接通的往復(fù)周期里運(yùn)行，直到趨于穩(wěn)定后停止運(yùn)行，此時(shí)內(nèi)膽不排水的儲(chǔ)水均溫θM在62～68℃之間。

1.1.4 24 h固有能耗測(cè)試方法

按照1.1.3節(jié)介紹的方法，在溫度控制器中設(shè)置預(yù)定的溫度，使內(nèi)膽不排水時(shí)的儲(chǔ)水均溫θM在62～68℃之間，并處于穩(wěn)定狀態(tài)。從某次斷開(kāi)溫度控制器的電源時(shí)開(kāi)始算起，再經(jīng)過(guò)48 h以后，直到溫度控制器的電源再次斷開(kāi)時(shí)為止。通過(guò)功率計(jì)可以測(cè)定出此期間電能的損耗量E1，并記錄這一檢測(cè)期間所耗的時(shí)間t1。根據(jù)以上給出的方案，計(jì)算所記錄的溫度值，可以得出這一檢測(cè)期間，內(nèi)膽不排水時(shí)具體的儲(chǔ)水均溫θM。24 h固有能耗測(cè)試方法的示意圖如圖2所示。

圖2 24 h固有能耗與熱水輸出率的測(cè)試方法示意圖

24 h固有能耗E的計(jì)算公式為:

式（4）中:E——24 h的能量損耗，kW·h；

E1——從某次斷開(kāi)溫度控制器的電源開(kāi)始算起，經(jīng)過(guò)48 h后直到溫度控制器的電源再次斷開(kāi)為止，在這一檢測(cè)期間所消耗的能量，結(jié)果要保留到小數(shù)點(diǎn)后兩位，kW·h；

t1——計(jì)量電能損耗量E1時(shí)的測(cè)量時(shí)間，h。

改變環(huán)境溫度或調(diào)節(jié)溫度控制器，使之符合40℃≤θM-θamb≤50℃的要求。在這一要求下，24 h固有能耗Qpr的計(jì)算公式為:

式（5）中:Qpr——24 h固有能耗，kW·h；

θamb——測(cè)定E1期間的環(huán)境均溫，℃。

1.2 熱水輸出率測(cè)試

熱水輸出率，也可以簡(jiǎn)稱(chēng)為出水率。出水率同樣也是影響儲(chǔ)水式電熱水器的能量效率的兩項(xiàng)重要參數(shù)指標(biāo)之一，是衡量熱水器連續(xù)提供熱水的最重要的參數(shù)指標(biāo)[3]。

1.2.1 溫度設(shè)定

通過(guò)調(diào)節(jié)溫度控制器，使之符合以下條件后，隨即斷開(kāi)電源并開(kāi)始檢測(cè)電熱水器的出水率:向電熱水器中注入一般容量的冷水后，電熱水器開(kāi)始加熱；若電熱水器未開(kāi)始工作，就接著輸水，一直到它開(kāi)始工作后才停止注水；電熱水器一直工作到溫度控制器首次斷開(kāi)為止，此時(shí)儲(chǔ)水均溫θA1應(yīng)處于62～68℃之間。

θA1的計(jì)算公式為:

式（6）中:θA1——溫度控制器第一次斷開(kāi)電源時(shí)的儲(chǔ)水均溫，℃；

θA1j——溫度控制器第一次斷開(kāi)電源時(shí)，某測(cè)溫點(diǎn)的水溫，℃；

m——測(cè)試點(diǎn)的個(gè)數(shù)。

1.2.2 熱水輸出率測(cè)試本文所選的實(shí)驗(yàn)對(duì)象——儲(chǔ)水式電熱水器的額定容積為50 L，則根據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)需調(diào)節(jié)進(jìn)水口的閥門(mén)開(kāi)度來(lái)保證排水流量為10 L/min。

檢測(cè)排出的熱水溫度的具體方法為:在熱水器排出熱水期間，每5 s記錄一次；在熱水排出15 s后，開(kāi)始記錄進(jìn)水溫度θci和出水溫度θpi，并記錄在排水期間內(nèi)的最高出水溫度θmax；持續(xù)排放熱水，直到出水溫度比最高出水溫度θmax低20℃時(shí)，停止排水。計(jì)算平均出水溫度θp、平均進(jìn)水溫度θc和排出水的質(zhì)量mp，并按（7）式來(lái)計(jì)算出水率:

式（7）中:μ——熱水輸出率，%；

θp——平均出水溫度，℃；

θc——平均進(jìn)水溫度，℃；

ρ——平均出水溫度θp下水的密度，kg/cm3；

mp——排放出熱水的質(zhì)量，kg；

cR——儲(chǔ)水式電熱水器的額定容積，L；

θA1——溫控器首次斷開(kāi)時(shí)的儲(chǔ)水平均溫度，℃。

2 機(jī)械系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

2.1 測(cè)試環(huán)境

2.1.1 概述

本設(shè)計(jì)中所需的測(cè)試房是指為檢測(cè)儲(chǔ)水式電熱水器的工作性能提供空間且滿(mǎn)足其具體要求的環(huán)境試驗(yàn)房。

測(cè)試房?jī)?nèi)置有測(cè)試臺(tái)架、空調(diào)和風(fēng)道等設(shè)備與水路管道。這些設(shè)備按照設(shè)計(jì)的具體要求，通過(guò)管道或線路與測(cè)試房外的工控箱、泵、恒溫水箱、空調(diào)外機(jī)和冷水機(jī)組外機(jī)等設(shè)備連接在一起[4]。

2.1.2 測(cè)試房的設(shè)計(jì)

為了保證檢測(cè)系統(tǒng)的準(zhǔn)確性，測(cè)試房須滿(mǎn)足下列具體的要求:

1）測(cè)試房?jī)?nèi)的空氣流速不大于0.25 m/s；

2）測(cè)試房?jī)?nèi)的環(huán)境溫度應(yīng)為（20±2）℃；

3）測(cè)試房?jī)?nèi)的相對(duì)濕度不超過(guò)85%RH；

4）測(cè)試房的尺寸:4 500 mm（寬）×1 800 mm（深）×2 415 mm（高）；

5）根據(jù)一般經(jīng)驗(yàn)，測(cè)試房宜采用方形鋼管的框架結(jié)構(gòu)，表面焊接單面拉絲304#不銹鋼板進(jìn)行封閉，并且在測(cè)試房正面開(kāi)一扇門(mén)。

2.2 空氣處理系統(tǒng)

空氣處理系統(tǒng)是指通過(guò)設(shè)備的集中設(shè)置，采用風(fēng)管來(lái)分配空氣的強(qiáng)制式冷熱風(fēng)調(diào)節(jié)和通風(fēng)系統(tǒng)。本文所設(shè)計(jì)的空氣處理系統(tǒng)是為儲(chǔ)水式電熱水器的性能檢測(cè)裝置而服務(wù)的，需要滿(mǎn)足測(cè)試房?jī)?nèi)的各項(xiàng)要求，并采用風(fēng)管（或風(fēng)道）來(lái)分配空調(diào)所產(chǎn)生的新風(fēng)，使之更加均勻、合理，進(jìn)而調(diào)節(jié)室內(nèi)的空氣。

2.2.1 主要組成及要求

a）風(fēng)道箱體

箱板外部材質(zhì):厚度≥0.8 mm的靜電噴涂鋼板（或彩鋼板）；

箱板內(nèi)部材質(zhì):厚度≥0.5 mm的不銹鋼；

填充材料:阻燃性聚氨酯；

箱板熱阻:≥0.86 m2·K/W；

箱板剛性指標(biāo):2 mm/m；

箱體:采用無(wú)冷橋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)[5]。

b）風(fēng)機(jī)

型號(hào):選用YWFF160型號(hào)單進(jìn)風(fēng)離心風(fēng)機(jī)，該型風(fēng)機(jī)具有空氣動(dòng)力特性?xún)?yōu)越、運(yùn)行點(diǎn)準(zhǔn)確、振動(dòng)小和噪音低等特點(diǎn)；

電動(dòng)機(jī):選用Y112M-4型號(hào)三相異步電動(dòng)機(jī)，可以變頻調(diào)速使用[6]；

防護(hù)等級(jí):IP54；

絕緣等級(jí):B級(jí)。

c）冷卻器

主要結(jié)構(gòu)是表面冷卻器，一般采用翅片結(jié)構(gòu)，利于散熱、冷卻，可以保持表面清潔度，保證冷卻與換熱的性能。

d）過(guò)濾段

粗效過(guò)濾:過(guò)濾精度為G4（美埃過(guò)濾器）；

中效過(guò)濾:過(guò)濾精度為F8（科林過(guò)濾器）；

過(guò)濾段附件:指針式壓差計(jì)。

2.2.2 制冷功率計(jì)算與空調(diào)選型

a）空調(diào)制冷量

空氣處理系統(tǒng)中空調(diào)的選型，必須要以測(cè)試房所需的制冷功率為基礎(chǔ)。選擇合適的空調(diào)制冷量是十分重要的，既可以避免因匹數(shù)過(guò)小而造成的效果不佳的問(wèn)題，也可以避免因匹數(shù)過(guò)大而造成的浪費(fèi)問(wèn)題。

測(cè)試房室內(nèi)的冷、熱負(fù)荷和濕負(fù)荷是選擇空調(diào)系統(tǒng)的風(fēng)量、空調(diào)裝置的容量等重要指標(biāo)。房間主要的冷熱負(fù)荷和濕負(fù)荷有:

1）通過(guò)墻體、屋頂和門(mén)窗等圍護(hù)結(jié)構(gòu)傳熱；

2）從窗外攝入的太陽(yáng)輻射熱；

3）設(shè)備、器具散熱、散濕；

4）照明散熱。

因?yàn)楸鞠到y(tǒng)所處的測(cè)試房是在實(shí)驗(yàn)室中，所以只需考慮室內(nèi)設(shè)備的熱負(fù)荷和環(huán)境熱負(fù)荷的問(wèn)題。

b）制冷量的計(jì)算

測(cè)試房?jī)?nèi)空調(diào)制冷量的計(jì)算方法如下所示:

式（8）中:Q1——室內(nèi)設(shè)備的總負(fù)荷，這里即為電熱水器的熱負(fù)荷，Q1=2 000 W×0.8=1 600 W；

Q2——環(huán)境熱負(fù)荷（0.14～0.18 kW/m2×測(cè)試房面積），因?yàn)闇y(cè)試房的面積為:4.5 m×1.8 m= 8.1m2，所以Q2=0.16 kW/m2×8.1m2=1 296 W。

因此，總制冷量Qt=1 600 W+1 296 W=2 896 W。

c）空調(diào)的選型

由于空調(diào)器的實(shí)際制冷量比名義值低8%，因此所選空調(diào)器的名義制冷量必須大于:2 896÷ 0.92=3 147.83 W，則可以將空調(diào)器的名義制冷量設(shè)置為3 200 W。因此，經(jīng)過(guò)等價(jià)換算后發(fā)現(xiàn)選擇1.5匹制冷量的空調(diào)即可滿(mǎn)足要求[7]。

按照規(guī)定，一般單位、企業(yè)在采購(gòu)空調(diào)時(shí)要盡量地選擇節(jié)能型空調(diào)。節(jié)能型空調(diào)是指其能效比大于等于3的空調(diào)。與定頻式空調(diào)相比，變頻空調(diào)的優(yōu)點(diǎn)更加明顯，例如:制熱較快、感覺(jué)舒適、更加人性化，而且啟動(dòng)變頻空調(diào)時(shí)，電路的電流沖擊相對(duì)較小。

綜合上述因素，選擇變頻空調(diào)來(lái)調(diào)節(jié)平衡制冷制熱，使溫度達(dá)到可控。在房間內(nèi)，控溫方式采用循環(huán)式。在測(cè)試房室內(nèi)的頂部安裝風(fēng)管，使空調(diào)出風(fēng)均勻，并使風(fēng)速符合要求。根據(jù)計(jì)算所得到的制冷功率，結(jié)合測(cè)試房的實(shí)際情況（例如:房間高度、保溫和密封性能）和一般經(jīng)驗(yàn)，選擇KFR-51LW/WPAA3型號(hào)的美的空調(diào)。

2.2.3 風(fēng)道設(shè)計(jì)

a）風(fēng)道設(shè)計(jì)

在所選空調(diào)的頂部開(kāi)孔，改變出風(fēng)口位置，并加裝風(fēng)管的彎頭、封頭和大小頭，使空調(diào)中的新風(fēng)從空調(diào)頂部的開(kāi)口處出來(lái)，經(jīng)過(guò)風(fēng)管彎頭，進(jìn)入到由鋼管支撐而水平掛置的風(fēng)管中，并從通道的正面上的小窗子處出風(fēng)，以使空氣更加流通，從而保證測(cè)試房?jī)?nèi)的環(huán)境溫度在18～22℃之間，并且保持相對(duì)濕度不超過(guò)85%RH、空氣流速不大于0.25 m/s。

b）風(fēng)道設(shè)計(jì)

依據(jù)風(fēng)道設(shè)計(jì)的一般原則，并結(jié)合測(cè)試房的容積，以及空調(diào)的高度、功率和風(fēng)速等數(shù)據(jù)，進(jìn)行風(fēng)道設(shè)計(jì)。

2.3 供水系統(tǒng)

2.3.1 供水系統(tǒng)概述

a）供水系統(tǒng)的組成

供水系統(tǒng)的組成設(shè)備包括壓力罐、水泵機(jī)、傳感器及其一些輔件。本文所研究的供水系統(tǒng)是以?xún)?chǔ)水式電熱水器的供水管道為基礎(chǔ)，為了實(shí)現(xiàn)電熱水器的性能檢測(cè)，結(jié)合相關(guān)檢測(cè)儀表所建立的供水線路。

本供水系統(tǒng)的組成部件包括:冷水箱組、水泵、卡箍式安全閥、手動(dòng)閥（卡箍式直通球閥）、電磁閥、流量計(jì)、軟水管和不銹鋼水管等。

b）供水系統(tǒng)的要求

為了實(shí)現(xiàn)以上要求，供水系統(tǒng)需滿(mǎn)足以下幾個(gè)具體的要求。

1）供水水源:不銹鋼多級(jí)泵，水壓為0.1～0.8 MPa，顯示精度達(dá)到0.001 MPa；

2）冷水機(jī)水箱采用不銹鋼內(nèi)循環(huán)泵，時(shí)刻保證水箱內(nèi)的水溫均勻，通過(guò)冷水機(jī)組系統(tǒng)的PID控制來(lái)實(shí)現(xiàn)溫度的精確控制，從而始終供應(yīng)（15± 2）℃的恒溫水；

3）每個(gè)工位的供水流量在2～20 L/min之間；

4）在停止排水時(shí)，水壓應(yīng)始終保持在0.28～0.8 MPa之間，并且可以直接保存溫度數(shù)據(jù)，水壓波動(dòng)在±0.05 MPa的范圍以?xún)?nèi)；

5）供水系統(tǒng)的進(jìn)出水管路基本上采用304#不銹鋼衛(wèi)生管或軟管。

2.3.2 冷水機(jī)的選擇

a）冷水機(jī)概述

冷水機(jī)由壓縮機(jī)、冷凝器、蒸發(fā)器和膨脹閥4個(gè)主要部分組成，其工作原理與空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)類(lèi)似。按照設(shè)計(jì)要求，為了保證實(shí)現(xiàn)冷卻水設(shè)備的溫度恒定、流速恒定和壓力恒定，冷水機(jī)需要通過(guò)制冷劑循環(huán)、水循環(huán)和電器自控這3個(gè)緊密相連的系統(tǒng)來(lái)運(yùn)行。本系統(tǒng)要滿(mǎn)足的條件是通過(guò)制冷功率壓縮機(jī)，使試驗(yàn)用水在1.5～2 h內(nèi)可以從35℃降到15℃。冷水機(jī)組制冷量與空調(diào)類(lèi)似，冷水機(jī)的選型也需要首先知道額定制冷量，例如:一般風(fēng)冷9.07 kW的制冷量的話，選擇用3P的冷水機(jī)正好。

b）制冷量的計(jì)算

在本系統(tǒng)中，冷水機(jī)組的總制冷量的計(jì)算公式如下所示:

式（9）中:Q0——冷卻水的流量，因?yàn)橐笠?guī)定供水流量在2～20 L/min之間，所以冷卻水的流量取Q0=20 L/min=1/3 L/s；

4.187 ——水的基本比熱容為4 187 J/（kg·℃）；

Δt——冷水機(jī)進(jìn)水與出水之間的溫度差，根據(jù)要求，通常選擇溫差為20℃；

f——風(fēng)冷式冷水機(jī)的制冷系數(shù)，通常取f= 1.3。

所以，總制冷量Qt=1/3×4.187×20×1.3= 36.29 W。根據(jù)計(jì)算所得的制冷量來(lái)選擇合適的冷水機(jī)組。

c）冷水機(jī)的選型

知道了冷水機(jī)所需的總制冷量后，再根據(jù)設(shè)計(jì)要求與電熱水器的容積（50 L），本設(shè)計(jì)系統(tǒng)選擇的冷水機(jī)組的型號(hào)為:ALS36G-160，制冷量為270 W，功率為0.1匹，非常適合160 L以下的電熱水器供水使用。

2.3.3 壓力泵的選擇

在本設(shè)計(jì)中，系統(tǒng)要求供水流量在2～20 L/min之間，供水水壓在0.28～0.8 MPa之間，并且始終可以供應(yīng)（15±2）℃的恒溫水。因此，要求增壓泵必須可以保證供水流量能夠達(dá)到20 L/min以上，供水水壓能夠達(dá)到0.8 MPa以上。綜上所述，本設(shè)計(jì)的系統(tǒng)選擇使用1 WG—280 A壓力泵。

2.3.4 進(jìn)水管道的設(shè)計(jì)

在本設(shè)計(jì)系統(tǒng)中，通過(guò)冷水機(jī)組可以源源不斷地為熱水器提供恒溫冷水，保證隨時(shí)可以進(jìn)水。在供水系統(tǒng)中，冷水箱內(nèi)（15±2）℃的冷卻水在增壓泵的作用下，輸送至熱水器中。進(jìn)水管道在泵機(jī)增壓之后，還需要設(shè)置安全閥，以防止管道內(nèi)的壓力過(guò)高而導(dǎo)致供水流量遠(yuǎn)遠(yuǎn)地超過(guò)20 L/min或供水水壓在0.8 MPa之上。

2.4 測(cè)試臺(tái)架

本系統(tǒng)的測(cè)試臺(tái)架，是由多種型號(hào)的方形鋼管焊接而成的。臺(tái)架外形根據(jù)電熱水器的一般型號(hào)定制而成，并且只適用于臥式電熱水器的安放測(cè)試。測(cè)試臺(tái)架的外形如圖3所示。

圖3 電熱水器的測(cè)試臺(tái)架

3 測(cè)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)設(shè)計(jì)的儲(chǔ)水式電熱水器的性能檢測(cè)裝置，主要包含以下幾個(gè)重要部件:壓力傳感器、溫濕度傳感器、電磁閥、工控機(jī)和控制器等。因此，儲(chǔ)水式電熱水器的性能檢測(cè)裝置主要是由數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和自動(dòng)控制系統(tǒng)這兩部分組成[8]。測(cè)控系統(tǒng)的示意圖如圖4所示。

圖4 測(cè)控系統(tǒng)示意圖

3.1 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

3.1.1 系統(tǒng)功能

實(shí)現(xiàn)水溫、電流、流量和流速等性能參數(shù)的自動(dòng)檢測(cè)和采集。

3.1.2 系統(tǒng)組成

a）在進(jìn)水管路與出水管路中，采用K型熱電偶來(lái)檢測(cè)進(jìn)出水的溫度。

b）在筒體兩端和筒身中部布置5路熱電偶來(lái)檢測(cè)熱水器的溫度，并布置1路熱電偶來(lái)檢測(cè)環(huán)境溫度。

c）在出水管路中布置流量計(jì)來(lái)檢測(cè)出水流速。

d）8路熱電偶所測(cè)定的溫度數(shù)據(jù)輸入到安捷倫多通道數(shù)據(jù)記錄儀中，并輸入到工控機(jī)中；流量計(jì)、溫控器和功率儀的數(shù)據(jù)也都輸入至工控機(jī)中。

3.2 自動(dòng)控制系統(tǒng)

3.2.1 系統(tǒng)功能

a）系統(tǒng)可以顯示數(shù)據(jù)、輸出查詢(xún)檢測(cè)數(shù)據(jù)和曲線。

b）可以輸入被測(cè)樣的編號(hào)、測(cè)試日期等，提供查詢(xún)功能。

c）可對(duì)測(cè)試樣品自動(dòng)編號(hào)，并且可將溫度、電量、流量、24 h固有能效損失、熱水輸出率和環(huán)境溫濕度等數(shù)據(jù)存入系統(tǒng)內(nèi)的數(shù)據(jù)庫(kù)中。

d）設(shè)備具有電安全保護(hù)報(bào)警功能。

3.2.2 系統(tǒng)操作流程

a）根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的能效試驗(yàn)，自動(dòng)地開(kāi)始測(cè)試。

b）在設(shè)定條件下，記錄所有的相關(guān)數(shù)據(jù)。

c）自動(dòng)地判斷溫控器的接通或斷開(kāi)，采集并計(jì)算不排水時(shí)的儲(chǔ)水平均溫度所需的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，自動(dòng)地繪制測(cè)試曲線，計(jì)算檢測(cè)結(jié)果，并導(dǎo)出測(cè)試數(shù)據(jù)文件。

d）通過(guò)電磁閥來(lái)調(diào)節(jié)進(jìn)出水的流速，通過(guò)工控機(jī)接收已檢測(cè)到的數(shù)據(jù)，并進(jìn)行處理，最終得到測(cè)試結(jié)果[9]。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文根據(jù)儲(chǔ)水式電熱水器的相關(guān)檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)，利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)了一臺(tái)儲(chǔ)水式電熱水器的性能檢測(cè)裝置，對(duì)儲(chǔ)水式電熱水器的相關(guān)參數(shù)指標(biāo)進(jìn)行監(jiān)測(cè)分析。依托于標(biāo)準(zhǔn)，分析、處理所采集到的數(shù)據(jù)，并繪制出各個(gè)參數(shù)的數(shù)據(jù)曲線，最后輸出檢測(cè)結(jié)果，以便檢測(cè)人員對(duì)儲(chǔ)水式電熱水器的性能進(jìn)行分析和判斷，能夠大大地提高檢測(cè)效率，降低勞動(dòng)強(qiáng)度，同時(shí)也在一定程度上節(jié)省了檢測(cè)成本。

[1]中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)化委員會(huì).家用和類(lèi)似用途電器的安全儲(chǔ)水式熱水器的特殊要求:GB 4706.12-2006[S].北京:中國(guó)質(zhì)檢出版社，2006.

[2]全國(guó)能源基礎(chǔ)與管理標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì).儲(chǔ)水式電熱水器能效限定值及能效等級(jí):GB 21519-2008[S].北京:中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2008.

[3]全國(guó)家用電器標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)（SAC/TC 46）.儲(chǔ)水式電熱水器:GB/T 20289-2006[S].北京:中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2006.

[4]陳敏，李瑛，王芳，等.儲(chǔ)水式電熱水器性能測(cè)試實(shí)驗(yàn)室的設(shè)計(jì)[J].家電技科，2012，34（12）:81-83.

[5]濮良貴，紀(jì)名剛.機(jī)械設(shè)計(jì)[M].北京:高等教育出版社，2006.

[6]成大先.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)（第5版）[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2010.

[7]吳業(yè)正.制冷原理及設(shè)備[M].西安:西安交通大學(xué)出版社，2010.

[8]季海峰.基于虛擬儀器測(cè)試系統(tǒng)的PCI-GPIB控制器的設(shè)計(jì)和研究[D].南京:南京理工大學(xué)，2007.

[9]錢(qián)建明.中美儲(chǔ)水式電熱水器能耗測(cè)試比較[J].家電科技，2011，30（4）:73-75.

Design of Performance Testing Device for Electrical Storage Water Heater

GUO Feng1，ZHAO Jiejun1，NIE Yi1，YU Jianfeng2
（1.Wuxi Entry-exit Inspection&Quarantine Bureau，Wuxi 214174，China；2.School of Mechanical Engineering，Jiangnan University，Wuxi 214122，China）

According to the performance testing standards consulted by the quality inspection units，laboratories and production enterprises，a performance testing device for electrical storage water heater based on Internet of whings technology is designed.Based on the performance index of inherent energy consumption within 24 h and effluent rate in the the relevant national standards，the test process and test platform of the performance testing device for electrical storage water heater are designed.The testing device can greatly improve the detection efficiency，reduce labor intensity，and save test cost，therefore，it is worth popularizing and applying.

electrical storage water heater；performance testing；inherent energy consumption；effluent rate；test process；test platform

TM 925.32；TP 274+.5

A

：1672-5468（2017）02-0056-07

10.3969/j.issn.1672-5468.2017.02.013

2016-09-06

2016-12-06

過(guò)峰（1978-），男，江蘇無(wú)錫人，無(wú)錫出入境檢驗(yàn)檢疫局高級(jí)工程師，主要從事機(jī)電產(chǎn)品檢測(cè)技術(shù)研究工作。