关于燃气热水器启停温差的研究.pdf

3992023中国家电科技年会论文集0 引言热水器作为生活电器的必需品之一，在全国城镇化的趋势下，几乎每个家庭都会有一台热水器，而在所有热水器用户中，燃气热水器的用户占比在40%以上。对于燃气热水器，正常使用条件下的热水恒温功能已实现，但启停温度变化大的现象是行业普遍存在的问题，例如用户在使用过程中短暂关停热水水龙头打肥皂，1分钟后再开启水龙头时，水温先烫后凉不稳定。这是由于水流停止和关火，水流打开和点火燃烧动作存在着先后顺序，使得关水时有一段水持续加热至高温，其后开水时的一段水在没有加热的情况下就通过了热水器未得到加热。这种情况通常导致水温温差达到15以上，极大地影响用户的体验。本文通过分析研究影响燃气热水器启停温度变化因素，给出对应这一现象进行技术改善方向，致力于给用户更好的使用体验。1 燃气热水器启停温度变化原理1.1 燃气热水器结构及工作逻辑燃气热水器主要由排烟系统、换热系统、燃烧系统、电气系统四大系统组成。其中排烟系统一般由离心风机、集烟罩、防倒风挡板、排烟管组件构成；换热系统一般由热交换器、水路构成；燃烧系统一般由燃烧器、比例阀、安全阀、分段阀构成；电气系统一般由作者简介：梁桂源，本科学历。研究方向：燃气燃热产品开发。地址：广东省珠海市香洲区金鸡西路789号。E-mail：。关于燃气热水器启停温差的研究梁桂源 温林 丁泺火 林玉绵 瞿福元珠海格力电器股份有限公司 广东珠海 519070摘 要：针对燃气热水器启停温差问题，从工作原理及其启停温差产生机理分析，提出点火反应时间、关火反应时间、进水流量、进出水温差和增置缓冲启停温差部件的技术方案，对降低启停温度波动范围影响。理论与整机测试联合，完成多因素单变量的验证工作。试验结果表明：缩短点火、关火反应时间，减少进水流量、进出水温差，配置旁通管、恒温仓，可以有效降低启停温度波动范围，减少水温忽冷忽热不适感，提高用户洗浴舒适体验感。关键词：燃气热水器；启停温差；洗浴舒适性Study on the temperature difference between start and stop of gas water heatersLIANG Guiyuan WEN Lin DING Luohuo LIN Yumian QU FuyuanGree Electric Appliances,Inc.of Zhuhai Zhuhai 519070Abstract:In response to the problem of temperature difference between start and stop of gas water heaters,analyzes the working principle and the mechanism of the temperature difference between start and stop,and proposes technical solutions for ignition reaction time,shutdown reaction time,inlet and outlet water flow rate,inlet and outlet water temperature difference,and adding buffered start and stop temperature difference components to reduce the impact of temperature fluctuations on start and stop.Combine theory with whole machine testing to complete the validation of multiple factors and single variables.The experimental results show that shortening the reaction time of ignition and shutdown,reducing the inlet and outlet water flow rate,and the temperature difference between inlet and outlet,equipped with bypass pipes and constant temperature chambers,can effectively reduce the fluctuation range of start stop temperature,reduce the discomfort of sudden cold and hot water temperature,and improve the users bathing comfort experience.Keywords:Gas water heater;Start stop temperature difference;Bathing comfort中图分类号：TU996.7;TM925 DOI:10.19784/ki.issn1672-0172.2023.99.090400 2023中国家电科技年会论文集控制板、显示器、风压开关、感温包等构成；具体结构详见图1。工作逻辑：燃气热水器是即热式产品，当检测到有热水需求，才启动点火加热。设备具体运行过程如下：当用户打开热水水龙头时，水流流动让水流传感器检测到水流信号，风机启动进行预清扫并检测风压正常后，依次打开点火器、燃气安全阀和比例阀，燃气从燃气接口进入燃烧器中燃烧，冷水与高温烟气通过热交换器换热升温，经热水管道流出供生活使用。当用户关闭热水水龙头时，水流流动停止水流传感器检测不到水流信号，燃气安全阀和比例阀关闭，燃气关闭燃烧熄灭，风机完成清扫后关闭，设备处于待机状态。经查国标，出热水温度计算公式：（1）式中：Q-输出功率，Cp-水的比热，m-出热水量，T出-出热水温度，T进-进水温度。可得出热水温度受设备输出功率、出热水量和进水温度影响。1.2 燃气热水器启停温度变化原理通过燃气热水器的工作逻辑分析，出现启停水温度变化现象主要原因：作为整机运行安全设计的一部分，水流信号和火焰燃烧存在着时间上的先后顺序差。设计上先有水流信号再启动点火燃烧，可以防止热交换器内出现局部水气化而干烧的情况，避免损坏换热器。停机时，先关水后关火，检测到水流停止信号后执行关火指令，即存在短时间内热交换器持续加热热水的情况，造成管道中的水温高于设定温度。开机时：先开水后点火，检测到水流开启信号后执行点火指令，即存在短时间内水流没有被加热而通过热交换器的情况，造成出水温度严重低于设定温度。2 燃气热水器启停温度变化分析说明对于内部核心系统结构相同的恒温型燃气热水器，在恒温算法及使用环境条件一致的情况下，分析单因素对启停温度影响。下面以一台16 L（30 kW）带恒温仓和旁通管的恒温燃气热水器为例：测试条件：室温为205，天然气，额定燃气压力2000 Pa；测试方法：当设备在设定温度稳定运行后，停止进水，1 min后再次开水运行，连续测试出水口温度，并记录测试的最高温度和最低温度结果。2.1 点火反应时间对启停温度影响的试验分析2.1.1 测试方案设定温度40，进水温度20，水流量8 L/min，关火反应时间0.5 s不变，测试不同点火反应时间下，出水温度变化情况，如表1所示。表1 不同点火反应时间下出水温度变化情况进水温度设定温度水流量点火反应时间关火反应时间最高温度最低温度启停温差变化（T）20408 L/min0.5 s0.5 s40.533.37.21 s40.429.810.62 s40.522.817.53 s40.52019.54 s40.52019.52.1.2 测试结果分析（1）在一定点火反应时间内，随着点火反应时间增加，最高温度不变，最低温度下降，启停温差变化在扩大。（2）当点火反应时间增加至一定范围值，则最低温度与进水温度一致，启停温差变化达到最大值。（3）点火反应时间越短越好，避免水温过低给用户带来忽冷忽热的不好体验。2.2 关火反应时间对启停温度影响的试验分析2.2.1 测试方案设定温度40，进水温度20，水流量8 L/min，点火反应时间0.5 s不变，测试不同关火反应时间下，出水温度变化情况，如表2所示。2.2.2 测试结果分析（1）在一定关火反应时间内，随着关火反应时间增加，最高温度快速上升，造成较大超温，会烫伤用户。图1 燃气热水器整机结构示意图 4012023中国家电科技年会论文集（2）在满足设定温度且不超温，国标要求3之内，关火反应时间越短，用户洗浴舒适体验感越好。2.3 水流量对启停温度影响的试验分析2.3.1 测试方案设定温度40，进水温度20，点火、关火反应时间都为0.5 s，测试不同水流量下，出水温度变化情况，如表3所示。表3 不同水流量下出水温度变化情况进水温度设定温度水流量点火反应时间关火反应时间启停最高温度启停最低温度启停温差变化（T）20408 L/min0.5 s0.5 s40.533.37.24 L/min0.5 s0.5 s40.435.84.62.3.2 测试结果分析（1）在机组恒温范围内，水流量降低对最高温度无影响，对最低温度有提升，启停温差变化在缩小。（2）在机组恒温范围内，虽然低水流量能让启停温差变化缩小，但过低水流量会给用户洗浴产生不好的体验感。2.4 进出水温差对启停温度影响的试验分析2.4.1 测试方案进出水温差两种调节方法：一是设定温度不变，调整进水温度；二是进水温度不变，调整设定温度。本次试验采用设定温度不变，调整进水温度。设定温度40，水流量8 L/min，点火、关火反应时间都为0.5 s，测试不同进水温度下，出水温度变化情况，如表4所示。表4 不同进水温度下出水温度变化情况进水温度设定温度流量点火反应时间关火反应时间启停最高温度启停最低温度启停温差变化（T）20408 L/min0.5 s0.5 s40.533.37.2350.5 s0.5 s40.437.82.62.4.2 测试结果分析（1）在机组恒温范围内，进出水温差减小（设定温度-进水温度）对最高温度无影响，对最低温度有提升，启停温差变化在缩小。（2）在机组恒温范围内，理论上进出水温差越小（进水温度越接近设定温度），启停温差变化越小。2.5 热交换器旁通管对启停温度影响的试验分析2.5.1 测试方案设定温度40，进水温度20，水流量8 L/min，点火、关火反应时间都为0.5 s，测试热交换器有无旁通管下，出水温度变化情况，如表5所示。表5 热交换器有无旁通管下出水温度变化情况进水温度设定温度水流量点火反应时间关火反应时间热交换器有无旁通管启停最高温度启停最低温度启停温差变化（T）20408 L/min0.5 s0.5 s有40.533.37.20.5 s0.5 s无41.433.48.02.5.2 测试结果分析热交换器旁通管可以把最高温度降低1左右，对启停出水温度变化有一定改善作用。2.6 恒温仓对启停温度影响的试验分析2.6.1 测试方案设定温度40，进水温度20，水流量8 L/min，点火、关火反应时间都为0.5 s，测试有无恒温仓下，出水温度变化情况，如表6所示。表6 有无恒温仓下出水温度变化情况进水 温度设定温度水流量点火反应时间关火反应时间恒温仓（0.5 L）启停最高温度启停最低温度启停温差变化（T）20408 L/min0.5 s0.5 s有40.533.37.20.5 s0.5 s无40.423.616.82.6.2 测试结果分析恒温仓对最高温度无影响，对最低温度有提升作用，对缩小启停出水温度变化有明显改善作用。3 结论本文分析燃气热水器启停温度变化原理，介绍了影响燃气热水器启停温度变化的因素，通过进行相关的基础试验与相关试验结果分析，得出主要结论如下：（1）缩短点火、关火反应时间可以降低启停温度变化范围。水流停止、启动与点火、关火的动作存在时间差，导致实际出水水温与设定控制水温出现较大偏差。理论上，若能消除时间差即可避免水温波动问题。实际上，无法做到绝对的同步动作，只能尽可能缩短点火、关火反应时间，以降低温度波动范围；（2）进水流量低、进出水温差小对缩小启停温差变化有正向作用。进水流量、进出水温差，由设备所在的供水条件和用户设置所决定，不具有可操作性；（3）配有旁通管、恒温仓设备可以缩小启停温度变化范围。两者基本工作原理都是通过高、低温两股水进行混合，从而起到缓冲波峰波谷的作用，达到缩小启停温度变化范围的效果。而带恒温仓机型，由于仓体内有一定体积冷水，非零冷水功能设备，首次开机出热水时间会相对延长，建议要搭载零冷水功能模块使用。表2 不同关火反应时间下出水温度变化情况进水温度设定温度水流量点火反应时间关火反应时间最高温度最低温度启停温差变化（T）20408 L/min0.5 s0.5 s40.533.37.21 s43.636.96.72 s50.240.49.8402 2023中国家电科技年会论文集参考文献1 左攀,李志逢.一种快速热水的燃气热水器J.家电科技,2018(08):39-55.2 夏昭知.燃气热水器M.重庆:重庆大学出版社,2002.3 同济大学,重庆大学,哈尔滨工业大学,等.燃气燃烧与应用M.北京:中国建筑工业出版社,2011:467-468.4 GB 69322015家用燃气快速热水器S.5 吴桂安,郭灵华,邓飞忠,等.温控舱对燃气热水器恒温特性的影响研究J.日用电器,2019(07):85-88.