家用电热水器节能使用方式的探讨

孙 园，陈天翔，张 辑，田 洪

（厦门理工学院 电气工程与自动化学院，福建 厦门 361024）

家用电热水器节能使用方式的探讨

孙 园，陈天翔，张 辑，田 洪

（厦门理工学院 电气工程与自动化学院，福建 厦门 361024）

通过实验分析，总结了电热水器使用方式中温度、时间、功率等因素对能耗的影响，针对不同消费者的使用习惯，设计出相应的节能使用方案。测试结果显示，采用节能使用方式可以有效地为用户节省开支。

电热水器；使用方式；节能

家用电热水器正朝着节能的方向发展。各个厂家在生产环节中所做的工作主要有减少热损失和提高热效率[1]，还有从保温层、温度控制器、智能化（比如：定时加热）、“储速两用”、水垢清理减少散热[2—4]等热水器结构的设计入手来提高节能效果，但从消费者的角度来看，热水器的使用方式不当，也会造成不必要的能源浪费，因此，近年来出现了对电热水器节能运行方式的研究。文献[1]通过理论建模对电热水器在不同设定参数和不同运行方式下的能耗做了计算；文献[2]比较分析了严寒地区蓄热式和即热式电热水器在使用功率、加热时间及节能性能等方面的特点。但目前针对不同家庭使用方式进行的能耗测试研究还鲜有报道。

本文在实际测试的基础上，分析了热水器不同使用方式与能耗之间的关系，总结其使用过程中影响能耗的关键因素，并根据不同家庭的使用习惯，给出最为经济的使用方案和节能建议。

1 热水器使用方式的研究

家用电热水器的使用方式主要是指在热水器的使用过程中，使用者对温度、功率和时间等因素的设置。为了找出这些因素与能耗之间的关系，将热水器的使用过程分为以下3个阶段进行测试：加热阶段、使用阶段和保温阶段。测试的主要对象是一种常见的家用60 L电热水器，带有温度显示与调节功能，具备3种加热档位：“速热”、“快热”和“经济”，额定功率分别为2 000 W、1 200 W和800 W。

1.1 热水器使用阶段测试

使用阶段的测试目的包括2个方面：一是找出不同加热温度与可淋浴人数的关系，二是确定热水器淋浴过程中是否有必要继续带电加热。

1.1.1 不同加热温度与淋浴人数关系的确定

根据中国人的淋浴习惯，平均每人每次洗澡的用水量在70 L左右[7]，水温保持在40 ℃上下[8]，因此，测量出热水器从某一高温下降到40℃过程中的出水量，就可以估算出加热到该温度时所能提供的淋浴人数。

通过实验测试可知，热水器加热温度为55℃时，可提供的出水量为70.6 L；65℃时，出水量128 L；75℃时，出水量205.6 L。由此可以得出，对于一个三口之家，只有一人淋浴时只需将温度加热到55℃，2人淋浴时加热到65℃，一家人都淋浴时需要加热到75℃。有了这样的参考值，使用者就可以根据淋浴人数的不同选择适当的加热温度，不必每次使用都加热到最高温度，从而省时省电。

1.1.2 带电放水与断电放水比较

在水温为75℃，用“速热”档和“经济”档2种模式分别进行带电放水和断电放水测试，结果如图1所示。数据显示，同样温度下，带电放水和断电放水所能提供的出水量和出水时间相差无几，而带电放水会比断电放水多出大约0.5 kW的电能损耗。

图1 带电放水与断电放水效果比较

因此，选用断电放水既经济，又不影响淋浴效果。

1.2 热水器加热阶段测试

热水器在加热过程中所需要的能量与水的比热容、水量和加热前后温差有关。如果不考虑散热，将加热过程看作一个绝热过程，那么从理论上说，同一台电热水器，温升相同，即使加热时选择不同档位（即不同加热功率），最终所消耗的电能是相等的。从另一个角度分析，加热时选择“经济”档，虽然功率低，但耗时久，所以在能量消耗上并不一定比高功率档位小。另外，电热水器加热实际过程中存在着散热因素，因此，加热时间越长，散热越明显，反而会增加能量消耗。由此可以推论：在温升一致的条件下，储水量小的电热水器，整体加热时间短，散热因素影响小，不同档位加热所消耗的能量应相差不大；反之，储水量大的电热水器，加热所需时间长，散热因素影响大，可能会出现低功率档位加热耗能更多的情况。

为了验证这一推论，将40 L、60 L、100 L共3种储水量不同的同系列电热水器都分别以3个档位从25℃加热至75℃，对比分析如图2所示。实验结果显示：①容量为40 L的电热水器，不同档位的耗能都在1.8～1.84 kWh之间，基本可认为耗能相当；②容量为60 L的电热水器，不同档位的耗能开始有明显偏差，最高耗能与最低耗能相差0.26 kWh，且出现了低功率档位耗能高的情况；③容量为100 L的电热水器，也出现了低功率档位耗能高的情况，且不同档位的耗能偏差进一步加大，最大差值0.6 kWh。

考虑到实验中每次加热过程的环境条件无法做到恒定，因此实验数据并不能充分说明散热情况在长时间加热过程中对能耗带来的影响大小，但从3台电热水器不同档位加热的耗时来看，最低功率档位的耗时一般是最高功率档位耗时的2.5倍，即使是容量最小的40 L电热水器，用“经济”档加热至最高温度，也需要2 h以上。因此，综合能耗与时间因素，若设置电热水器加热至某一温度，选择功率高的档位更为合理；若设置电热水器加热同样时间，选择功率低的档位更为经济。

图2 加热档位、时间与能耗关系

1.3 热水器保温阶段测试

热水器的保温阶段有2种情况：一种是一直保持电源的接通状态使之维持某一固定的水温，这需要消耗一定的电能；另一种是断开电源，只依靠热水器的内胆保温材料进行保温，但水温会因环境温度而变化。

图3显示了热水器在断电情况下的水温下降情况。从曲线可以看出，前6 h水温下降速度最快，降了9℃，而后越来越慢，水温下降速度与时间并不成线性关系。整个过程，从最高温度75℃开始，24 h大约降温20℃，48 h大约降温35℃。

另外，在热水器通电情况下测试其24 h能耗，即保温一天所需的电能。结果如图4所示。显然，用“经济”档保温最为省电。

图3 断电过程温度下降与时间关系

图4 断电过程温度与能耗的关系

2 热水器使用方案比较与节能建议

通过以上对热水器使用过程中温度、功率、加热时间等因素与能耗之间关系的研究，可以对不同家庭的使用习惯和使用方式进行对比分析，从中选出最为节能的使用方案。以普通的南方地区（室内常温约20℃）三口之家为例，选用60 L热水器，分3种情况加以讨论。

2.1 每人每天都使用热水器

由上文的测试分析可知，三口之家每人每天都使用热水器的情况下，需要设定加热温度为75℃，且使用后热水器水温降为40℃。为了满足第二天同样的使用需求，热水器可以进行不同的设置，假定加热过程统一使用“速热”档，带电保温过程使用“经济”档，得到不同设置方案与能耗的关系见表1。

表1 不同使用方案能耗对比（情况Ⅰ）

由对比结果看出，对于每人每天都使用热水器的情况来说，使用后即刻断电或使用后一直保持最高温度的方式都不是最佳的，最为节能的方案是方案④，即每日淋浴后维持稍低温度，这样，在保温过程中既不会产生太多的能耗，又能在下一次使用前快速地达到使用所需的温度，且与最耗能的方案①相比，耗电量减少24.4%。

2.2 三人隔天使用一次热水器

三人都需要使用热水器，水温也需要75℃。从表2能耗对比可知，使用后断开热水器电源，待下次使用前再加热的方式比较经济（方案①），与持续高温带电方式（方案④）相比，耗电量减少45%。这是由于2次使用的间隔时间长，若采用带电保温的方式，能耗较高。

表2 不同使用方案能耗对比（情况Ⅱ）

2.3 每天只有一人使用热水器

每天只有一人使用热水器，各个使用方案的能耗对比见表3。结果表明，在每天都有人使用热水器的情况下，持续通电且将水温加热至适当温度（方案③），与频繁通断电源（方案①）相比，可节省约50%的电能。

表3 不同使用方案能耗对比（情况Ⅲ）

通过以上的研究计算方法，可以得到更多使用方式的耗能情况，在此基础上，给出以下节能建议：

（1）北方冬季用户，一周使用1～2次，使用后断开电源，再次使用需要从室温加热至较高温度，宜采用较高功率的档位，既省时也不费电。

（2）南方夏季用户，几乎每天需要使用，可采用使用后中温保温的方式，并在使用前用低功率档位加热少许时间，更为节能。

（3）电热水器加热温度的设定视人数和储水容量而定。如三口之家使用60 L电热水器，一人使用可设温度55℃，2人使用设为65℃，一家人都使用则设为75℃。

（4）设置好适当温度后，在淋浴过程中，尽量关闭热水器电源，也能减少不必要的浪费。

3 结束语

通过对家用电热水器使用习惯与耗能关系的研究，在大量的数据分析基础上，总结出节能使用方式和使用建议。测试数据显示，采用合理的使用方式，可节约20%～50%的电能，这对于减少每个家庭的实际消费，以及推动整个社会的“节能减排”，都具有积极的意义。

：

[1]牛纪德,周遵凯,杨先亮.电热水器运行方式与能耗的理论分析[J].山西建筑,2012,(38)：213-214.

[2]王锴,刘晔.严寒地区冬季蓄热式电热水器应用分析[J].吉林建筑工程学院学报,2012,(29)：52-54.

[3]马鸿飞.电热水器呼唤节能新产品[J].现代家电,2004,(16)：14-15.

[4]甘永长.电热水器节能从设计开始[J].现代家电,2004,(16)：15.

[5]杨茂兴.预即双模为电热水器节能提供技术条件[J].现代家电,2010,(17)：53-54.

[6]陈广龙，杨茂兴，徐本元.探讨抗菌技术在电热水器设计中的应用[J].家电科技,2010,(7)：64-65.

[7]舒志新.家用热水设备的选择[J].中国住宅设施,2008,(1)：50-51.

[8]William R Hoover.What’s the big deal about tankless water heater[EB/OL].http：//www.structuretech1.com/wp⁃content/uploads/2009/01/TanklessWH_whitepaper2.pdf.

Discussion of energy⁃saving operation of water heater

SUN Yuan,CHEN Tian⁃xiang,ZHANG Ji,TIAN Hong
（Xiamen University of Technology,Xiamen 361024,China）

Water heater is one of the necessary household ap⁃pliances in modern life.The paper analyzed the effect to the loss with different temperature,time and power.According to the differ⁃ent habit of customers,the subject summarized the best operation and provided energy⁃saving suggestions.The result shows that these operations could save expenses for customers effectively and be helpful for the construction of conservation⁃conscious society.

water heater;operational mode;energy⁃saving

TM925.32；F407.61

B

1009-1831（2013）03-0025-04

2013-03-22

2011年福建省教育厅科技项目（JB11178）；厦门市重大科技项目（3502Z20111008）

孙园（1981），女，河南南阳人，讲师，硕士，从事智能电器研究。