彭佰勝

（佛山市質(zhì)量計(jì)量監(jiān)督檢測(cè)中心，廣東佛山 528225）

儲(chǔ)水式電熱水器是指加熱水并將水儲(chǔ)存在容器中，且裝有控制水溫裝置的固定式器具。其儲(chǔ)水容量有大有小，市面上從8 升到150 升都可以見(jiàn)到。儲(chǔ)水式電熱水器按其工作原理分類，可以分為密閉式、出口敞開(kāi)式、水箱式、開(kāi)口式、水槽式等，目前中國(guó)香港市場(chǎng)所見(jiàn)主要為密閉式和出口敞開(kāi)式。

中國(guó)香港為了節(jié)省大量能源，減少發(fā)電廠排放溫室氣體及其它空氣污染物，為進(jìn)一步方便市民挑選具有能源效益的器具及提升市民對(duì)節(jié)約能源的意識(shí)，香港政府推行強(qiáng)制性能源效益標(biāo)簽計(jì)劃。根據(jù)強(qiáng)制性標(biāo)簽計(jì)劃，從2018 年開(kāi)始，在中國(guó)香港供應(yīng)的儲(chǔ)水式電熱水器必須貼上能源標(biāo)簽，讓消費(fèi)者知悉有關(guān)產(chǎn)品的能源效益表現(xiàn)。

在中國(guó)香港銷售的儲(chǔ)水式電熱水器既要滿足安規(guī)標(biāo)準(zhǔn)IEC 60335-1:2010+AMD1:2013+AMD2:2016《Household and similar electrical appliances -Safety -Part 1:General requirements》[1]、IEC 60335-2-21:2012+A1:2018《Household and similar electrical appliances -Safety-Part 2-21: Particular requirements for storage water heaters》[2]的要求，也要滿足中國(guó)香港強(qiáng)制性能源效益標(biāo)簽計(jì)劃的要求。中國(guó)香港最新強(qiáng)制性能源效益標(biāo)簽計(jì)劃實(shí)施細(xì)則為《產(chǎn)品能源標(biāo)簽實(shí)務(wù)守則2020》[3]，此細(xì)則中儲(chǔ)水式電熱水器能效的測(cè)試方法主要依據(jù)IEC 60379-1987《Methods for measuring the performance of electric storage waterheaters for household purposes》[4]標(biāo)準(zhǔn)。由于國(guó)內(nèi)部分生產(chǎn)廠家對(duì)中國(guó)香港儲(chǔ)水式電熱水器能效測(cè)試要求不了解，導(dǎo)致不能順利在香港機(jī)電工程署備案，或者備案后在市場(chǎng)抽查中容易出現(xiàn)不合格項(xiàng)目。為了提高國(guó)內(nèi)儲(chǔ)水式電熱水器的產(chǎn)品質(zhì)量，順利在香港機(jī)電工程署備案，本文結(jié)合IEC 60379-1987 標(biāo)準(zhǔn)和《產(chǎn)品能源標(biāo)簽實(shí)務(wù)守則2020》對(duì)中國(guó)香港儲(chǔ)水式電熱水器能效測(cè)試進(jìn)行了合理的探討。

1 能效測(cè)試

1.1 產(chǎn)品適用范圍

根據(jù)IEC 60379-1987 標(biāo)準(zhǔn)和《產(chǎn)品能源標(biāo)簽實(shí)務(wù)守則2020》，儲(chǔ)水式電熱水器滿足以下要求才需要在中國(guó)香港備案：在設(shè)計(jì)上有一個(gè)隔熱良好的容器用于儲(chǔ)存熱水并且?guī)в幸粋€(gè)控制水溫的溫控器；該產(chǎn)品使用市電作為唯一電源；容器的容積不超過(guò)50 L。如果儲(chǔ)水式電熱水器在設(shè)計(jì)上只用于熱飲或熱食用途，或者有超過(guò)1 個(gè)加熱容器，則不需要在中國(guó)香港進(jìn)行備案。一個(gè)加熱容器以上的儲(chǔ)水式電熱水器由于其水溫不均勻，按IEC 60379-1987 標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行測(cè)試誤差比較大，所以標(biāo)準(zhǔn)和實(shí)施細(xì)則規(guī)定兩個(gè)容器的儲(chǔ)水式電熱水器不適用。

1.2 測(cè)試條件

根據(jù)IEC 60379-1987 標(biāo)準(zhǔn)和《產(chǎn)品能源標(biāo)簽實(shí)務(wù)守則2020》，需要在以下環(huán)境和安裝條件進(jìn)行能效測(cè)試：在無(wú)明顯對(duì)流的房間進(jìn)行，一般認(rèn)為空氣流速低于0.25 m/s 即滿足要求。環(huán)境溫度為18℃～22℃，相對(duì)濕度不超過(guò)85%。進(jìn)水溫度保持在13℃～17℃之間，按制造商規(guī)定安裝熱水器。在中國(guó)香港市電規(guī)定的電壓及頻率下測(cè)試，即380 V/220 V 和50 Hz 進(jìn)行測(cè)試。額定輸入功率所需電壓與額定電壓的偏差大于5%，則不得進(jìn)行測(cè)試。打個(gè)比方，如果電熱水器額定參數(shù)為220 V/3 000 W，實(shí)測(cè)3 000 W 對(duì)應(yīng)的電壓為233 V，由于233 V 大于220 V×105%=231 V，即這個(gè)產(chǎn)品不能進(jìn)行能效測(cè)試。生產(chǎn)廠家應(yīng)確保產(chǎn)品的實(shí)測(cè)功率和額定功率偏差不能過(guò)大。

溫控器的設(shè)置：對(duì)于可調(diào)節(jié)溫控器的儲(chǔ)水式電熱水器，溫控器應(yīng)設(shè)置平均水溫為（65±3）℃。在進(jìn)行測(cè)試的過(guò)程中，溫控器的設(shè)定保持不變。如果使用者不能調(diào)節(jié)儲(chǔ)水式電熱水器的溫控器，則不用調(diào)節(jié)溫控器的設(shè)定，按出廠默認(rèn)設(shè)置即可。

水溫的測(cè)量布點(diǎn)：在容器的上部放置一條熱電偶，在不排水的情況下測(cè)量水溫。如果容器是金屬的，則可將熱電偶放在容器的外表面。在國(guó)內(nèi)的儲(chǔ)水式電熱水器能效測(cè)試中，每個(gè)容器要求布置5 條熱電偶，而在香港地區(qū)的能效測(cè)試中只需要布置一條熱電偶。進(jìn)出水溫則可以在儲(chǔ)水式電熱水器的進(jìn)出水口測(cè)量，如果進(jìn)出水溫的測(cè)量是遠(yuǎn)離電熱水器出入口的，那可能導(dǎo)致進(jìn)出水溫偏差較大。

環(huán)境溫度的測(cè)量布點(diǎn)：環(huán)境溫度的測(cè)量點(diǎn)應(yīng)選擇在被測(cè)電熱水器與測(cè)試角中間點(diǎn)或距離被測(cè)電熱水器1 m 處，兩者取較小值，并位于被測(cè)電熱水器的一半高度。環(huán)境溫度應(yīng)在穩(wěn)定的條件下測(cè)量。

1.3 額定容積的測(cè)試

儲(chǔ)水式電熱水器按正常使用條件安裝和充滿15℃的進(jìn)水，電熱水器不通電，然后從電熱水器的進(jìn)水口排空容器，如果從進(jìn)水口不可能排空，則需要從特定的排放閥排空容器。測(cè)量所有排出水的容積，結(jié)果單位為L(zhǎng)，保留一位小數(shù)?！懂a(chǎn)品能源標(biāo)簽實(shí)務(wù)守則2020》規(guī)定中國(guó)香港儲(chǔ)水式電熱水器額定容積不低于標(biāo)稱值的98%，而國(guó)標(biāo)GB 21519-2008《儲(chǔ)水式電熱水器能效限定值及能效等級(jí)》[5]則要求偏差不大于±10%。因此，國(guó)內(nèi)生產(chǎn)企業(yè)應(yīng)注意容積要求的差異。

1.4 能效效益級(jí)別的確定

1.4.1 固有能源消耗量的確定

儲(chǔ)水式電熱水器注滿進(jìn)水溫度為θc的冷水，啟動(dòng)電源，讓溫控器運(yùn)作幾個(gè)周期，從容器的熱電偶溫度曲線確定樣品已經(jīng)達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。通常來(lái)說(shuō)溫度曲線相鄰波峰與波峰或者波谷與波谷偏差不大于1℃可認(rèn)為已到達(dá)穩(wěn)定。從某次溫控器斷開(kāi)電源開(kāi)始計(jì)時(shí)，直到經(jīng)過(guò)48 小時(shí)后某次溫控器斷開(kāi)電源。測(cè)量所用的時(shí)間t1和耗電量E1，并通過(guò)溫度曲線讀取容器水溫每次溫控器斷開(kāi)時(shí)的溫度θA和接通時(shí)的溫度θE，如圖1 所示。

圖1 中國(guó)香港儲(chǔ)水式電熱水器能效測(cè)試示意圖

溫控器斷開(kāi)時(shí)的平均水溫可以用式（1）計(jì)算：

溫控器接通時(shí)的平均溫度可以用式（2）計(jì)算：

容器的平均水溫可以用式（3）計(jì)算：

每24 小時(shí)的耗電量可以用式（4）計(jì)算：

固有能源消耗量用式（5）計(jì)算：

式（1）～式（5）中：

θA為溫控器斷開(kāi)時(shí)的平均水溫，θAi為某次溫控器斷開(kāi)時(shí)的溫度，單位為℃；

θE為溫控器接通時(shí)的平均水溫，θEi為某次溫控器接通時(shí)的溫度，單位為℃；

θM為容器的平均水溫，單位為℃；

t1為測(cè)試時(shí)間，單位為h；

E1為測(cè)試時(shí)間的耗電量，單位為kw·h；

E 為每24 小時(shí)的耗電量，單位為kw·h；

Est,meas為固有能源消耗量，單位為kw·h/24 h。

1.4.2 能源消耗指數(shù)的確定

儲(chǔ)水式電熱水器的固有能源消耗量包括兩部分：可變固有能源消耗量（Est,var）和因熱能輸送導(dǎo)致的固定能源消耗量（Est,fix）?？勺児逃心茉聪牧恳驘崴鞑煌煌?，而同類型的電熱水器固定能源消耗量大致相同。計(jì)算能源效益必須撇除固定能源消耗量的因素，只比較可變固有能源消耗量。固定能源消耗量按經(jīng)驗(yàn)統(tǒng)一取值0.072 kw·h/24 h。除此之外，由于中國(guó)香港規(guī)定密閉式儲(chǔ)水電熱水器需要安裝符合標(biāo)準(zhǔn)要求的壓力釋放閥，而出口敞開(kāi)式電熱水器沒(méi)有此壓力釋放閥，因此對(duì)于密閉式儲(chǔ)水電熱水器，地區(qū)因數(shù)取值0.2 kw·h/24 h；對(duì)于出口敞開(kāi)式電熱水器，地區(qū)因數(shù)取值0.1 kw·h/24 h。

儲(chǔ)水式電熱水器的平均固有能源消耗量參考?xì)W盟，按式（6）計(jì)算：

儲(chǔ)水式電熱水器的能源消耗指數(shù)按式（7）計(jì)算：

式（6）～式（7）中：

V 為器具額定容積，單位為L(zhǎng)；

Est,av為平均固有能源消耗量，單位為kw·h/24 h；

Iε為能源消耗指數(shù)，單位為%；

Est,fix為固定能源消耗量，取值0.072 kw·h/24 h；

Eloc為地區(qū)因數(shù)，單位為0.2 kw·h/24 h 或0.1 kw·h/24 h；

Est,meas為固有能源消耗量，單位為kw·h/24 h。

計(jì)算出能耗消耗系數(shù)后，可以對(duì)照表1 得出中國(guó)香港儲(chǔ)水式電熱水器的能源效益級(jí)別。

表1 中國(guó)香港儲(chǔ)水式電熱水器能耗效益級(jí)別

1.5 熱水輸出量的測(cè)試

測(cè)完固有能源消耗量后，在溫控器斷開(kāi)后立刻斷開(kāi)電熱水器的電源，然后供應(yīng)進(jìn)水溫度為θc的冷水，讓等同額定容積的冷水以固定流速5 L/min 經(jīng)過(guò)出水口排出，同時(shí)測(cè)量出水口的平均溫度θ’p。出口敞開(kāi)式電熱水器通過(guò)進(jìn)水口控制流速，密閉式電熱水器通過(guò)出口控制流速。

按式（8）計(jì)算排出水的平均水溫：

式（8）中：

θp為排出水的平均水溫，單位為℃；

θ’p為出水口的平均水溫，單位為℃；

θc為冷水的平均水溫，單位為℃；

θA為溫控器斷開(kāi)時(shí)平均水溫，單位為℃。

額定容積下的熱水輸出量為θp度。

1.6 重新加熱時(shí)間的測(cè)試

測(cè)完熱水輸出量后，接通電熱水器的電源，計(jì)算時(shí)間tR直到溫控器第一次斷開(kāi)，同時(shí)需要記錄溫控器斷開(kāi)時(shí)的水溫θR，θR和θA的差值需在10 K 之內(nèi)。將水由15℃加熱到65℃所需的重新加熱時(shí)間，按式（9）計(jì)算：

式（9）中：

tR.50為水由15℃加熱到65℃所需的重新加熱時(shí)間，單位為min；

θR為溫控器斷開(kāi)時(shí)的水溫，單位為℃；

θc為冷水的平均水溫，單位為℃；

tR為接通電熱水器的到溫控器斷開(kāi)的時(shí)間，單位為min。

2 市場(chǎng)抽查發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題和質(zhì)量建議

中國(guó)香港儲(chǔ)水式電熱水器能效一般要考核以下幾個(gè)指標(biāo)：實(shí)測(cè)的固有能源消耗量不得高于備案的105%；實(shí)測(cè)容積不低于備案額定容積的98%；實(shí)測(cè)熱水輸出量不低于備案的90%；實(shí)測(cè)重新加熱時(shí)間，不得大于備案的110%；實(shí)測(cè)的能源效益級(jí)別不低于備案的級(jí)別或能源消耗指數(shù)不高于備案的105%且任何情況不高于下一個(gè)較低級(jí)別允許的最高能源消耗指數(shù)。

圖2 為某個(gè)電熱水器的實(shí)測(cè)曲線圖，經(jīng)計(jì)算其實(shí)測(cè)的能效數(shù)據(jù)和備案的數(shù)據(jù)如表2 所示。

表2 儲(chǔ)水式電熱水器實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)

圖2 儲(chǔ)水式電熱水器溫度曲線圖

從表2 可見(jiàn)，此電熱水器的固有能源消耗量、熱水輸出量、能源效益級(jí)別不符合中國(guó)香港實(shí)施規(guī)則的要求。固有能源消耗量、能源效益級(jí)別不合格的主要原因是備案值偏大，為了宣傳產(chǎn)品故意虛標(biāo)；部分產(chǎn)品保溫材料性能差或者保溫材料厚度不夠。

熱水輸出量不合格原因分析：首先可能是熱水輸出量備案值過(guò)大，實(shí)測(cè)值不能達(dá)到規(guī)定的要求。其次是熱水輸出量和電熱水器的進(jìn)水管結(jié)構(gòu)密切相關(guān)，輸入相同容積的冷水，如果進(jìn)水管比較接近出水管，那么進(jìn)水口的冷水未經(jīng)過(guò)容器混合熱水，而是直接流出出水口，容器的熱水不能放出來(lái)，則熱水輸出量偏低；反之如果進(jìn)水口遠(yuǎn)離出水口，并且進(jìn)水管加一個(gè)傘狀物，使得進(jìn)水口的冷水均勻的混合容器的熱水，那么理論上容器的所有熱水都能從出水口放出來(lái)，此時(shí)熱水輸出量最大，消費(fèi)者使用上最經(jīng)濟(jì)。否則燒一缸熱水都不能使用，比較浪費(fèi)能源。當(dāng)然，此時(shí)重新加熱時(shí)間會(huì)比較長(zhǎng)一點(diǎn)。

建議生產(chǎn)企業(yè)合理備案儲(chǔ)水式電熱水器的各個(gè)參數(shù)，不要吸引消費(fèi)者故意虛標(biāo)，要嚴(yán)格按照型式試驗(yàn)的產(chǎn)品進(jìn)行生產(chǎn)銷售，一旦改變進(jìn)出水管的結(jié)構(gòu)，會(huì)影響備案的關(guān)鍵參數(shù)；要嚴(yán)格控制電熱水器的關(guān)鍵元器件特別是發(fā)熱管和容器容積，一旦發(fā)熱管偏差過(guò)大，可能導(dǎo)致安規(guī)和能效都不合格，容積改變則可能導(dǎo)致容積偏差不合格。

3 結(jié)論

本文對(duì)中國(guó)香港儲(chǔ)水式電熱水器的能效測(cè)試方法，如：額定容積、固有能源消耗量、能源消耗指數(shù)、重新加熱時(shí)間、熱水輸出量進(jìn)行了詳盡的介紹。通過(guò)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)儲(chǔ)水式電熱水器在抽查中出現(xiàn)的問(wèn)題進(jìn)行了詳盡的分析，并提供了產(chǎn)品質(zhì)量建議。經(jīng)過(guò)原理分析得出改變儲(chǔ)水式電熱水器的進(jìn)水口會(huì)影響熱水輸出量的結(jié)論。