基于TRIZ理论的家庭饮水设备发展分析

刘明晨+赵新军

1引言

从2014年兰州自来水苯含量超标事件到南水北调江水进京，彰显饮水安全问题成为了老百姓关注的热点。而中国作为新兴市场不断吸引着国内外家电厂商推出适合中国国情的小家电，但我国目前的家庭饮水设备与发达国家仍有一定的差距，家庭饮水设备作为使用频率高、与老百姓生产生活联系密切的用品更应该被重视。本文基于TRIZ理论分析家庭饮水设备的发展与演变，从而预测未来我国家庭饮水设备的发展趋势，这与每一位中国人切身利益是紧密相关的。

2家庭饮水设备的种类

家庭饮水设备顾名思义就是解决人们饮水问题而诞生的家用产品。因可以提升人们的饮水质量和生活品位而成为时尚备受国人喜爱。它们可按结构分为三大类，饮水机、电热壶、净水器（又称直饮机）三类（见图1）。

最初的饮水机是人们饮用桶装水的家用产品，分为立式（又称落地式）和台式（又称座式）两大类。为了满足国人的饮水习惯，饮水机的功能又实现了加热与制冷效果（图1A）。伴随着饮水设备的发展，电热壶又走进了千家万户，成为家庭中喜爱的烧水设备（图1B）。净水器也叫净水机、过滤器，是对水的使用要求、对水质进行深度净化处理的小型水处理设备（图1C）。

饮水机的优点是通过电能来加热和制冷饮用水的一种装置，它不能依靠自身制出纯净水，必须通过外界提供桶装水、净水桶净化的水。缺点是：（1）饮水机反复烧煮，既浪费电，又容易形成千滚水，影响健康；（2）放水出来的时候，机内会进入空气，随之空气中的杂质也会进去，形成二次污染（是指一次污染物在物理、化学因素或生物作用下发生变化，或与环境中的其他物质发生反应，所形成的物化特征与一次污染物不同的新污染物，通常比一次污染物对环境和人体的危害更为严重）（3）就算是没有以上两种情况（这是不可能的），也只能解决喝水的问题，而您的洗米、洗菜、煮饭、煲汤等厨房用水问题仍然无法解决，还得使用二次污染的自来水；（4）桶装水的卫生状况是否合格、灌装的条件是否达标等许多不可知的因素。

电热水壶的优点是方便快捷，烧开一壶水只需几分钟，而且使用场所不受限制，占用面积小，更加安全卫生。缺点在于电热水壶长时间使用会产生水垢，清除水垢比较麻烦，因此在使用过程中要注重保养；每次只能烧容量有限的水。

净水器（又称直饮机）的优点是制出的纯水或净水相对于桶装水更新鲜、更卫生、更安全，它的用途非常广泛：可以生饮，也可以烧开喝；用于烹饪，更加卫生，更加可口；可以提供给加湿器、蒸汽熨斗、美容仪等小家电所需用水，决不会出现让人讨厌的白色粉末；与制冰机配套使用，制成的冰块晶莹剔透，无任何异味。缺点是产品价格昂贵，是普通饮水机的十几倍，以及部分直饮机出现的出水量少、慢的特点。

3家庭饮水设备的发展历程和基本工作原理

3.1原始时代—井和水缸的出现

距今七千年的河姆渡原始居民他们是最早解决吃水问题、学会开挖水井，使用水缸的，是他们使饮水变得较为方便。

3.2电气时代—电热水壶的出现

电热水壶在1891年诞生于芝加哥。随着科技的发展，快捷、安全、便利、充分利用能源日渐成为了电水壶的主要特点，嗜茶的英国人从此爱上了它。到了21世纪电热水壶便成为全球的畅销品。它当初被发明后迅速在欧美国家得以普及，近代传入亚洲。现在的电水壶也正在向多功能方向发展，如防漏、防烫、锁水等。电热水壶具有加热速度快，保温效果好，过滤功能强，式样多等优点。它又被分为带分体式底座（底盘）和不带底座两种，底座上带有加热管，水壶要对应放置在底座上方可加热，这也是保护措施的一种。

工作原理：利用水沸腾时产生的水蒸汽使蒸汽感温元件的双金属片变形，并利用变形通过杠杆原理推动电源开关，从而使电热水壶在水烧开后自动断电。其断电是不可自复位的，故断电后水壶不会自动再加热（见图2）。

图2 电热水壶电路控制图

3.3快节奏生活时代 —桶装式饮水机和管线式饮水机

桶装式饮水机兴起于上世纪90年代，在小家电领域里的热度随着近年来国人生活水平的质量提高而逐年攀升。1993年珠海永隆研发出国内首款金属外壳按压式饮水机，加热温度为70℃，无防尘聪明座装置。1994年深圳安吉尔推出塑料外壳饮水机问世，饮水机外观更加时尚，进入小批量生产销售阶段。1996年突破加热温度和电子制冷技术，加热温度达90℃以上，制冷温度低于10℃。1999年中国第一本关于饮水机的行业标准QB/T2452-1999发行，从此饮水机开始有了自己的行业标。2005年沁园和宁波祈禧电器相继推出无热胆即热式饮水机。无热胆技术兴起，使健康、节能成为饮水机发展新潮流。2006年饮水机节能技术标准CSC/T42-2006正式发布实施。2007年2月饮水机国家标准制定启动大会召开，标志着饮水机有了自己的国家标准。2008年1月饮水机国家标准GB/T22090-2008正式发布实施。

工作原理：（1）直冷式冷热饮水机由水箱提供常温水，进水分两路：一路进入冷胆容器，经制冷出冷水；另一路进入热罐，经加热出热水；（2）按下制冷开关后，制冷指示灯点亮，输出直流电压供半导体制冷组件制冷和风机排风；（3）按下加热开关，加热指示灯亮，电热管发热，热罐内的水温升高，到达设定温度，温控器触点断开，自动切断加热电源，加热指示灯熄灭。绝大多数的饮水机最高温度是95℃，再沸腾温度是90℃，泡茶杀菌的温度不够，所以泡茶喝咖啡需要谨慎，其工作原理见图3。

图3 冷热饮水机工作原理图

管线饮水机（也有称为管道饮水机）是通过使用接头与水管直接连接到主供水水源（如自来水），也有通过一个净水系统再连接至主供水水源。总之，不需要水桶。桶装水与自来水一直在市场上对峙着，但在欧洲的一些酒店、餐馆与招待场所，管线饮水机已日渐成为主流。这也标明传统基于办公室使用的管道饮水机有很多市场机会。由于成本的节省，特别是高消费量的地方，管线饮水机的市场份额

逐渐在增长。事实上，欧洲的管线饮水机行业已经有明显的转机，管线饮水机达到了发展的一个新阶段，也因此诞生了很多重要的机会。与此关联的公司数量也在不断增长，他们都看好了这些机会。欧洲饮用水与饮料权威媒体—Zenith的最新报道曾追踪过超过300个分销商。Zenith的最近一份统计标明，美国市场的立式管道饮水机的销量正在以每年12%的速度增长，目前美国市场的无桶饮水机数量达到500，000台。

3.4健康生活时代—净水器的兴起

我们平时所讲的净水器，一般是指作为家庭使用的小型过滤器。它起源于1832年英国伦敦霍乱疾病，英国的里德·斯帝沃创始发明。净水器根据不同的净化原理和工艺，可以分很多种类。一般有RO反渗透净水器、超滤膜净水器、陶瓷净水器、家用净水器、厨房净水器、中央净水器、纯水机等。

净水器功能可有效滤除水中的铁锈、砂石、胶体以及直径大于5微米的一切杂质；颗粒活性碳滤芯有超强的吸附力，可以有效的吸附水中的余氯、嗅味、异色、农药等化学药剂；精密活性碳滤芯，可有效去除水中的细菌、毒素、重金属等。有些家用净水器结合紫外光灯技术和专利碳滤心放置于二合一滤心匣内。滤心匣拥有高净水流速，可达3.4升/分钟，滤净量为5，000升或可连续使用1年。

工作原理：大部分净水器是采用阻筛过滤原理渐进式结构方式，由多级滤芯首尾串接而成，滤芯精密度由低到高依次排列，以实现多级滤芯分摊截留污物，

从而减少滤芯堵塞和人工排污、拆洗的次数以及延长更换滤芯的周期（见图4）。

4基于TRIZ理论的家庭饮水设备发展分析

目前我国通过众多企业几十年的努力，家庭饮水设备日趋完善。在产品的创造发展过程中，创造者们为了达到创新改良现有产品的目的，使用了很多TRIZ理论中的发明创造原理，快速有效地解决了饮水设备中出现的问题，使得与我们生活休戚相关的饮水设备得到了改良和完善。

从第一款国产饮水机下线开始，人们逐渐摆脱了用老式电热铝壶烧水带来的不便。其实从电热铝壶到饮水机是开创了把水源和设备分开处理的思想，将物体分成独立的部分，使物体成为可拆卸的，大大提高了饮水的便捷性，它是运用了TRIZ理论中的分割原理。而水桶采用曲面，利用其可旋转的特性使送水工在运送时省时省力，则运用了TRIZ理论中的曲面化原理。

同一时期也出现了许多饮水机的衍生品，例如：饮水机更加多功能化（图5A），在出水口处增加电热壶，将饮水机的加热功能与主体分开，避免了饮水机反复加热形成“千滚水”的现象，运用了TRIZ理论中的中介物原理，利用有传送作用的中间物体，改变了产品的加热特点，从而达到目的。手压式饮水器（图5B）利用了TRIZ理论中反向作用原理，将本应倒立放置的水桶正立放置，采取利用大气压抽水的办法达到方便饮水的目的，在空间狭小的地方，这种方法尤其受到欢迎。

进入21世纪以来，净水器生产企业迅速发展壮大，中国净水器产业已发展到3000多家生产企业，其数量每年仍以30%～40%的速度增长。净水器把饮水机的有形化为无形，转为嵌套在厨房或洗手间中，达到净水即开即用的目的，这样做不仅更加方便卫生，还可以使其他生活用水更加安全卫生，它是运用了TRIZ理论中的嵌套原理。而净水器其实质就是一个高级的过滤、杀菌装置，它是运用了TRIZ理论中的抛弃或再生原理，将无用的杂质剔除出去。部分TRIZ理论的创新原理在家庭饮水设备中的应用，如图6所示。

5家庭饮水设备发展趋势的预测

通过借鉴欧美发达国家的经验，我们可以看出，我国直饮机的发展将会成为必然，因为随着国内社会体系的不断完善，技术不断提升，直饮机在中国大热的时机越来越成熟。从用水的便捷和卫生方面来说，直饮机比桶装水更具优势，然而，由于国内此项技术还没有完全普及，价格仍居高不下。即便如此，国内仍有资料显示，消费者2012年在对直饮机认知度的调查中，知道直饮机的消费者已经有75%，其中有购买欲望的消费者占30%，这些数据都表明直饮机在国内市场已呈快速上升趋势。

直饮机（或净水器）的好处就是使用安全、节能、饮水成本低，尤其适合工厂饮水、学校饮水等场合，相比起传统的桶装水，无论从成本或便利上都有很大的优势。不久的将来，直饮水机在市场中的地位，可能至少跟洗衣机、电冰箱、电视机等常用家电一样重要，成为必需品。

在各种饮水设备的世界里，有没有一种既方便、便宜又卫生，想怎么用就怎么用、想用多少就用多少，又不必为此支付昂贵费用的饮水设备呢？答案是有一台直饮机，只要有自来水，电源，一切大功告成。它不仅很方便，而且也很便宜。不妨一起来算算：目前我国直饮机还比较贵，一般从数百元到数千元不等。但是，它是一次性投资，日后用起来只需要再支付少量的电费和自来水费就可以了，而电费和水费都是很便宜的。这样核算下来，用直饮机自产一桶水，只需0.36元到0.38元。一般一桶纯净水10元左右，按一个月8桶水计算，真不如买一台小型的直饮机划算。另外，桶装水是死的，而直饮机生产的开水、温开水连接的是自来水，是活的。桶装水一旦开封使用，就不宜超过3天，而且它有二次污染的问题。 还有一个消费心理问题：自己能看到直饮机的生产过程，觉得放心。桶装水也是净水设备生产出来的，但因存在假冒伪劣问题，消费者不放心。即使是有信誉的厂家所生产，运输、仓库管理等流通过程也会影响保质时限。再者，桶装水长期用起来，就会发现不少烦恼，如老得打电话订水、陌生人敲门送水等，很不方便。桶装水是与三轮车式的送水服务离不开的。让人送水不方便，自己买水又太麻烦。

用直饮机自己制作开水、温开水、净化水等，这是一种新的水消费观念。可以说，依赖于桶装水的市场将会被直饮机取代，这只是时间早晚的事。因为，饮水机或电热水壶会使生活更加方便、实用，而饮水机所带来的是与人们的健康密切相关的饮用水与生活用水。

6结论

家庭饮水设备的生产、发展和演变体现了诸多TRIZ理论的应用，其发展理念彰显了人们对生活品味的追求。总结目前的家庭饮水设备的特点，可以看出是多元化的。如何更好地饮水—这一与生命息息相关的话题，始终是国人千百年来关注的焦点。

而现在，人们对健康、文明、时尚生活的追求与日益恶化的饮水水质的矛盾，构成我国饮水产业发展的内在动因。所以我们有理由相信，未来几年，“水家电”尤其是直饮机一定会有市场前景和无限的商机。更安全、快捷的饮水方式与理念才是现代社会所急需的。饮用水安全是一个世界性的话题，直饮机能满足人们对自来水环保净化的要求，这个新的饮水方式的流行和普及只是时间问题。 责编/刘红伟

参考文献

[1]赵新军.技术创新理论（TRIZ）及应用[M].化学工业出版社，2004.5.

[2]北京公众健康饮用水研究所[M]. 中国居民饮水指南.中国医药科技出版社，2012.3.

[3]朱月海.饮水与健康[M].中国建筑工业出版社.2009.11.

[4]国铁科林.校园直饮水设备未来发展的优势分析[R].百度文库，2014.8.

[5]数据参考：维基百科http：//zh.wikipedia.org/

京东商城http：//www.jd.com/

厦门翼发http：//www.iofar.com/cn/