非循环制热式饮水机能效等级评价及测试方法研究

张恒 马松林 孙芳 孔美阳（1、深圳安吉尔饮水产业集团有限公司 广东深圳 518108；2、佛山市顺德区美的饮水机制造有限公司 广东顺德 528311;3、中国家用电器研究院 北京 100053)

1 引言

本文对近年来新兴的非循环制热式饮水机的加热原理和特点进行分析，提出了其能效等级的评价方案和测试方法，解决了采用相同能效等级指标评价不同加热原理的非循环制热式饮水机的问题，推动了饮水机能效限定值及能效等级国家标准的制定工作。

2 饮水机制热方式分类

2.1 循环制热式

循环制热式饮水机是仅需接通电源或接通电源后闭合制热开关就能实现制热功能，且通过控温元件实现制热和保温的循环交替方式制热的饮水机。此类是加热单元内置的传统式饮水机，特点是启动制热功能后，饮水机将按照“加热→保温→加热”的模式循环工作。

2.2 非循环制热式

非循环制热式饮水机是需人为强制性触发才能实现制热功能，且制热一个周期后即停止工作的饮水机，其特点是启动制热功能后仅执行一次加热过程，如需再取热水时，必须再次手动启动制热功能，此类饮水机一般无保温功能。

3 非循环制热式饮水机能效等级评价

3.1 非循环制热原理分析

非循环制热式目前主要有三种：水壶式、电磁加热式和速热式。

水壶式饮水机：通过无绳电水壶工作原理对可饮用水进行加热的饮水机。特点是通过消耗电能，水壶底部的发热盘将热量传导于水壶的杯底，再与水进行热交换。

电磁加热式饮水机：通过涡流电流加热金属水杯从而对可饮用水进行加热的饮水机。特点是通过消耗电能线圈盘产生交变磁场，在金属水杯底部形成涡流发热，再与水进行热交换。

水壶式和电磁式均是外加热式，即被加热的容器位于外部并可与饮水机分离。它的优势是热水真正的沸腾，解决了循环制热式的“阴阳水”、“千滚水”的问题，并且加热部分清洗方便，在健康饮水方面优势显著。

速热式饮水机：将可饮用水流过加热单元即被加热的饮水机。特点是通过消耗电能瞬间将加热单元加热，水流经加热单元时进行热交换，即时将水加热。它的优势是开启制热功能后，数秒钟即可取热水，无需等待加热过程，即取水即加热，但家用时受限于功率不能过大，所以热水流量较小。

3.2 能效等级评价指标

虽然速热式与外加热式(水壶和电磁式)的加热单元的结果及加热原理不同，但它们仍具有相同的特点。速热式的加热特点是小容量短时间，即被加热水的体积小，加热的时间短；而外加热式(水壶和电磁式)的加热特点是大容量长时间，即被加热水的体积大，加热时间长。所以要对比速热式与外加热式的制热效率时，可以采用对速热式持续取热水，并且所取热水的量与外加热式相当的方法，故速热式与外加热式的能效是可以采用相同的指标进行评价的。

评价饮水机的能效应从两个方面考虑，一是有效耗能，消耗的电能转化为被水吸收热量的能力；二是无效耗能，消耗的电能对水的热量吸收无贡献。所以可以用制热效率和待机功率两个指标进行评价。

制热效率，饮水机的水所吸收的热能与消耗的电能之间的比值。

计算公式：

制热效率η的值越大，则饮水机越节能。

待机功率，根据使用说明，饮水机充满水，所有功能均不开启，通电并处于准备使用状态时的功率。

待机功率W的值越小，则饮水机越节能。

图1 标准水杯

4 测试方法

4.1 热水温度测试

在规定的测试条件下，非循环性制热方式的饮水机热水出水温度必须满足一定的要求后，才会进行制热效率和待机功率的测试，然后根据测试结果进行能效等级的判定。

4.1.1 外加热式热水温度测试

外加热式(水壶和电磁式)的优势是热水真正沸腾，故要求外加热式饮水机热水温度应不低于95℃。

因外加热式饮水机都自带水杯，所以测试方法为：仅启动制热功能，当制热工作停止时，立即测量水杯内水的几何中心位置的水温。(如热水出水量为程序控制，应以最大出水量程序执行。)

4.1.2 速热式热水温度测试

速热式饮水机并非标配水杯，且由于功率的限制，其热水流量较小(小于800ml/min)，用GB/T 22090-2008中6.2.1.1测试出水口下方10mm处水温的方法难以操作，故采用QB/T 4098-2010中6.2.1的方法，要求热水温度应不低于90℃。

测试方法为：启动制热系统，用1L玻璃容器放出(0.2±0.025)L水倒掉，继续放出(0.5±0.025)L,立即测量杯中水的几何中心位置的水温。(如加热为程序控制，则排除第一次加热的水;如热水出水量为程序控制，则以最大出水量程序执行。)

4.2 制热效率测试

在规定的环境温度下进行试验，初始水温t1与环境温度一致，如热水温度可调，则将加热温度设定至最高温度值。饮水机注水后，在待机状态下放置超过两小时。

4.2.1 外加热式制热效率测试

仅启动饮水机制热功能，用饮水机自带水杯接水，直到接近最大水位线 (如出水为程序控制，则按最大出水量程序执行)，当制热工作结束时，立即测量此时水杯中的水温t 。同时，记录消耗的总电能E。然后称量水杯中热水的质量m，按照上述2.2热效率计算公式计算热效率η。测试三次，以其算术平均值作为最终结果。

4.2.2 速热式制热效率测试

仅启动饮水机制热功能，先排除最初的管路残留水约200ml(如加热为程序控制，则排除首次加热的水)，再立即用水杯接水(如饮水机自带水杯，则用自带水杯接水，否则用标准水杯接水)，直到接近1L的热水为止(如出水量为程序控制，则以最接近1L水量的程序执行)，并立即测量此时水杯中的水温t 。同时，记录消耗的总电能E。然后称量水杯中热水的质量m，按照上述2.2热效率计算公式计算热效率η。测试三次，以其算术平均值作为最终结果。

对于没有自带水杯的速热式饮水机，在进行热效率测试时用标准水杯进行接水。为了在测试方法上尽可能与外加热式公平一致，标准水杯的外观、结构以及材质等均与外加热式水杯一致，仅在接水处增加接水漏斗和连接管路。标准水杯如图1所示。

4.3 待机功率测试

在规定的环境温度下进行试验，初始水温与环境温度一致。根据使用说明，饮水机注水连接电源后，处于待机状态1小时以上；然后开始测试，记录约整小时所用的时间t和耗电量E。

根据以下公式计算得出待机功率：

P = E /t

5 结论

综上所述，本文通过对非循环制热饮水机的加热原理及其特点的分析，提出了能效等级评价指标和测试方法的方案，并针对非自带水杯的速热式饮水机的制热效率测试方法，提出了标准水杯的方案，解决了外加热式和速热式两类不同加热原理的饮水机采用相同能效等级评价指标的难题。

近年来，国内饮水机每年的销售量均超过2000万台，经过近二十年的发展，饮水机的国内保有量也比较大，由于国人的饮用热水的习惯，饮水机成为电能消耗的大户，所以出台饮水机能效限定值及能效等级的国家标准也显得尤为迫切。相信随着该强制性国家标准的发布和实施，饮水机行业将会朝着更节能、更环保、更健康的方向发展。

[1]《饮水机能效限定值及能效等级》报批稿

[2]GB/T 22090-2008《冷热饮水机》

[3]QB/T 4098-2010《家用和类似用途的速热式饮水机》