溫控艙對燃氣熱水器恒溫特性的影響研究

吳桂安 郭靈華 鄧飛忠 仇明貴

（華帝股份有限公司 中山 528400）

引言

隨著燃氣熱水器的普及和舒適洗浴概念的推廣，燃氣熱水器出熱水溫度的穩定性及洗浴過程恒溫性能的控制成為了行業研究的重點。目前行業的恒溫主要是通過恒溫算法來進行調節控制，燃氣熱水器恒溫控制算法經過多年的技術發展基本已趨于成熟，但由于受其固有特性的限制，燃氣熱水器從開機-點火燃燒-溫度穩定過程中會輸出一定數量的冷水從而導致洗浴期間短暫開關水過程出現水溫忽高忽冷的情況。

GB 6932-2015對恒溫熱水器熱水性能評價的指標主要有熱效率、熱水產率、熱水溫升、停水溫升、加熱時間、熱水溫度穩定時間、熱水超調幅度、水溫波動等。但用戶在實際使用熱水器過程中，痛點較大是對其間短暫關水再開水過程存在的水溫忽高忽冷問題。其中加熱時間、熱水溫度穩定時間、熱水超調幅度、水溫波動、停水溫升等，這些關鍵恒溫特性指標對此問題的影響因素較大。

本文通過分析研究一種溫控艙，應用熱水器內部結構中，可有解決用戶用水過程中短暫關水再開水存在的水溫忽高忽冷而造成洗浴不舒適的問題，而在結構特性滿足要求的條件下，溫控艙的選型對燃氣熱水器水溫特性影響極為重要。

1 溫控艙工作原理

溫控艙作為一容積腔體串聯于熱水器出水端，當熱水器關水后溫控艙內自動儲存腔內體積熱水。

1）當熱水器短暫開機重啟動后熱交換器先流出的高溫內存水與溫控艙內存水混合從而降低了出水的溫度，避免因停水溫升過導致使用不舒適；

2）熱水器重啟后因點火至燃燒加熱過程會輸出一定未經換熱系統加熱的冷水，其進入溫控艙內與腔內的熱水混合，從而實現了整機的續溫功能從而有效地解決了熱水器開關機后水溫在一段時間內忽冷忽熱的現象。

3）溫控艙工作原理圖及其應用特性曲線示意圖，如圖1及圖2。

2 不同使用條件下熱水器水溫特性分析說明

對于內部核心系統結構相同的恒溫型燃氣熱水器，在恒溫算法及使用環境條件一致的情況下，其水溫特性受水路系統影響，可通過以下試驗方法分析溫控艙對熱水器水溫特性的影響，主要分析加熱時間、停水溫升、水量變化等三個指標。

下面以一臺16 L（30 kW）恒溫燃氣熱水器水路系統為例：

①測試條件：室溫為20 ℃±5 ℃，天然氣，額定燃氣壓力2 000 Pa

②測試方法：通過熱水器出水端無溫控艙、帶溫控艙容積條件下進行試驗測試，連續測試出水口溫度，并記錄測試結果。

2.1 溫控艙對加熱時間影響的試驗分析

1）測試方案

設定60 ℃開機溫度，0.1 MPa水流量10 L/min，采用數顯溫度測試儀連續測試出水口溫度，測試結果記錄表1。

2）測試結果分析

① 由表1可得出以下結論，首次開機啟動，溫控艙會使加熱曲線整體右移。容積500 mL時加熱時間約加長3 s，容積700 mL時加熱時間約加長4.5 s；

②根據公式：CmΔt=PT 可知，溫升及功率一定的條件下，隨著水的質量的增大，加熱時間也隨之增大，與實際測試結果一致；

③隨著溫控艙體積增大，熱水器首次開機加熱時間也會隨之加長。

2.2 溫控艙對停水溫升影響的試驗分析

1）測試內容

短暫停水重啟（試驗測試以1 min為基準），水流量 10 L/min,采用數顯溫度測試儀連續測試出水口溫度，測試結果記錄，見表2、表3、表4。

圖1 溫控艙工作原理圖

圖2 應用特性曲線示意圖

表1 有無溫控艙對熱水器加熱時間的影響

表2 測試結果記錄①

表3 測試結果記錄②

表4 測試結果記錄③

2）測試結果分析

①水流量一定的條件下，溫控艙容積越大，水溫波動值越小；

②進水溫度越低，水溫波動越大，帶溫控艙可很大程度減小水溫波動幅度；

③帶溫控艙機型可有效的解決洗浴過程間斷開關水出現溫差較大導致水溫忽高忽冷問題。

2.3 溫控艙對水量變化影響的試驗分析

1）測試內容

設定60 ℃開機溫度，采用數顯溫度測試儀連續測試出水口溫度，測試結果記錄如圖3、圖4。

2）測試結果分析

①水量變化時，帶溫控艙機型能顯著降低水溫上升/下降幅度，從而有效降低對洗浴舒適性的影響；

圖3 水流量減半（由12 L驟降至6 L） 測試結果

圖4 水流量加倍（由6 L驟降至12 L） 測試結果

②溫控艙容積越大，熱水器溫度變化越小，恒溫效果越好。

3 結論

本文介紹了溫控艙的工作原理及其在燃氣熱水器上應用對水溫舒適性所造成的影響，通過進行相關的基礎試驗與相關試驗結果分析，主要結論有：

1）帶溫控艙機型，由于艙體內存在一定體積冷水其首次開機出熱水時間會相對延長，為解決此問題對用戶洗浴舒適性的影響建議搭載零冷水功能模塊使用。

2）洗浴過程溫控艙模塊的應用可以有效解決因用戶進行短暫開關操作而產生的忽高忽冷問題，從而提高洗浴舒適性。

3）洗浴過程由于水壓波動造成水量突變，溫控艙模塊的應用，可有效解決水溫大幅突變而提高洗浴舒適性。

4）溫控艙作為一艙體結構應用于熱水器中，其結構除應考慮其冷熱水混合效果同時還需充分考慮其受壓及耐腐功能特性。