家用燃气快速热水器及燃气采暖热水炉健康性能等级划分及评价方法

巴喜亮 周立国 黄官贤 梁国荣 尹忠 刘琼富

广东美的厨卫电器制造有限公司 广东佛山 528000

1 引言

随着人民生活水平提升，对于健康功能的产品需求也逐步增长，日常生活中洗浴用水的健康需求也随之被关注。热水器（包括燃气快速热水器及燃气采暖热水炉，以下统称：热水器或采暖炉）水路部分的污染主要是物理污染（泥沙、铁锈和杂质）、化学污染（余氯）、生物污染（细菌），同时热水器燃烧加热也会带来噪声方面的健康困扰。

如今伴随着饮用水除杂质、除菌、消毒等技术的逐步成熟，热水器行业部分企业已经将多种有效的水质处理技术应用在热水器和采暖炉上，从而实现了具有健康功能的产品。

2018年以来，从各大热水器品牌推出的新品来看，都在宣传净滤系统，主打过滤、阻垢、无氧铜抑菌、高温除菌、健康水路、防腐抗垢等卖点，显然健康洗浴已经成为市场热点。一方面可有效解决自来水中的二次污染问题，保证用户的使用安全和健康；另一方面指导行业的技术方向，有利于产品的更新换代。

但是目前国内并没有相应的标准来规范热水器的健康功能，用户虽知洗浴用水健康的重要性，但并无标准来帮助判断购买的热水器是否可以提供健康的洗浴用水，所以建立一个合理的健康评价标准规范市场，同时引导热水器行业向健康方向持续发展是十分必要的。

2 健康功能确定及评分规则

健康功能评分规则是按照用户健康需求、技术实现难度及投入成本，将热水器健康功能分为3个层次，其中评分为1分的是基础健康功能，包括高温除菌、抗菌、颗粒物过滤，这些均为热水器依靠现有零部件可以实现的健康功能，因此分值为1分；评分为2分的是中级健康功能，包括余氯净化、水路耐腐蚀以及低噪声，相应功能需要厂家增加零部件或使用特定材料和技术实现，具有一定的技术难度，同时也需要增加成本才能实现，因此分值为2分；评分为3分的是高级健康功能，包括杀菌器除菌、去农残清洗和阻垢，需要增加相应的装置来实现，技术实现难度较高，同时产生的附加值也较高，因此分值最高为3分。

2.1 基础健康功能（1 分）

基础健康功能主要是通过热水器现有零件来实现，其包括高温除菌、抗菌和颗粒物过滤。

目前生活中供水管路，尤其老旧的供水管路由于锈蚀等问题，会出现杂质以及次生细菌的问题，对于皮肤比较敏感的用户，当细菌量较多的时候便可引起皮肤和眼、耳、鼻、喉粘膜的各种感染。所以将除菌、抗菌以及颗粒物过滤作为健康洗浴水的重要测试指标，也是基础指标。

2.1.1 高温除菌

热水器可以设置超过60℃的出水温度，水流过热交换器被加热时，局部温度会超过80℃，因此对流过热水器的水有明显的杀菌效果。此功能实现方法简单，而且普及率很高，因此将高温除菌作为基础的健康指标。

2.1.2 抗菌

除了对使用过程中流过的水除菌之外，待机时热水器主要储水部件热交换器的抗菌也非常重要，为了保证热水器出来的水时时刻刻都是健康的，所以需要将抗菌也作为基础健康的指标。热交换器材料磷脱氧铜TP2按照GB 21551.2-2010测试效果如表1。

表1 热水器热交换器材料TP2的抗菌效果

2.1.3 颗粒物过滤

水中的颗粒物进入到热水器后，其累积在热水器内后也会促使细菌滋生，将长期污染流过热水器的水。因此热水器需要带有颗粒过滤的装置，阻挡水中的杂质颗粒进入热水器，在过滤后可以有效避免因为颗粒物堆积产生的细菌滋生问题。

综上所述，将除菌、抗菌和颗粒物过滤作为热水器基本健康功能，健康星级热水器应至少具备高温除菌和颗粒物过滤两项基础健康功能。

2.2 中级健康功能（2 分）

中级健康功能包括余氯净化、水路耐腐蚀和低噪声三个功能。余氯净化功能需要通过增加滤芯实现；水路耐腐蚀需要将热交换器材质使用耐腐蚀性更好的不锈钢水箱实现。

2.2.1 余氯净化

自来水中加氯的目的是为了杀菌消毒，虽然自来水中的余氯含量远低于人体可耐受的最大量，但是洗澡时热水不停地往身上冲洗，水中余氯的副产物经过加热后挥发，经由呼吸道大量进入人体。此外，余氯本身带有异味，特别是对部分皮肤敏感的人及身体较弱的人，会因为洗澡时余氯对皮肤的刺激，影响洗浴健康体验，所以把余氯净化作为一项中级健康功能。

2.2.2 水路耐腐蚀

水路耐腐蚀功能则是要求热交换器水路不出现腐蚀，一般热水器使用的是铜管，铜管腐蚀后会在表面产生铜绿，在急性毒性反应试验中结论为低毒性（经口灌胃），亚慢性毒性试验中结论为无毒可正常代谢（污染水饮用）。虽然极其少量的铜绿并不会在洗浴的过程中对人体产生影响，但如果较长时间未使用，铜绿析出的浓度过高时，也会产生毒性反应。只有保证热交换器没有被腐蚀，才不会有毒性物质融入洗浴水中。因此，把水路的耐腐蚀作为中级健康功能。

2.2.3 低噪声

低噪声是用户实际使用热水器时听觉感受上的要求。家庭环境中噪声是不可忽视的健康参数，热水器国标中规定的噪声值较大，因此健康热水器需要有更加严格的噪声要求。

三个中级健康功能，余氯净化是水质净化体验方向；水路耐腐蚀是从保护水质干净的方向；低噪声是从使用过程中听觉感受方向。这三项健康功能无论在技术实现难度以及健康效果方面都在基础健康功能之上，所以将这三项作为中级健康功能技术。

2.3 高级健康功能（3 分）

热水器的高级健康功能，分别是杀菌器除菌功能，阻垢功能以及去农残清洗功能。高级健康功能有一个共同特点，就是通过特定的装置来实现相应的健康功能，技术实现难度相对较大，带来的成本也相对较高。

2.3.1 杀菌器除菌

热水器虽然有高温除菌的方式，但有很多用户喜欢不混水使用，设置热水器出水温度在40℃左右，这个温度下除菌效果会大大下降，因此需要使用杀菌器除菌。

杀菌器除菌采用波长为254 nm的深紫外线杀灭细菌，可选择汞灯或者LED灯，灯管发射的紫外光照射到流过杀菌器的水上，高强度的紫外光可以在极短时间内杀灭细菌。表2为某品牌功率6 W的杀菌器杀菌效果，在洗浴用水的常见水流量范围内可以实现杀菌率超过99%。

表2 某品牌功率6 W杀菌器杀菌效果

2.3.2 阻垢

热水器的水垢主要产生在热交换器的直管上，由于水温较高，较容易产生水垢，水垢本身的化学成分并不影响健康，但水垢可能会带来微生物生长，当微生物水平超过标准后，会对健康带来影响。

阻垢功能，作为一个主动防止产生阻垢的方式，防止洗浴用水被水垢或者水垢次生的细菌影响。

阻垢功能是通过阻垢剂抑制水垢产生的技术措施，由于开发验证阻垢剂技术可行性、安全及效果是一项技术实现难度较高的工作，因此阻垢功能是一个高级健康功能。

2.3.3 去农残清洗

热水器的热水常用来洗菜、洗水果，因此，对于清洗果蔬去农残的功能也是一个重要的健康功能，热水器内置微纳米气泡发生装置，在使用过程中使水中产生微纳米气泡来提高去除效果。

一般把直径小于50 μm的微小气泡称为微纳米气泡，微纳米气泡在缓慢上升的过程中逐步缩小，不断破裂，最后溶于水中，从而能够大大提高气体（空气、氧气、臭氧、二氧化碳等）在水中的溶解度。另外其破裂瞬间能产生大量羟基自由基，使用微气泡水功能的方式清洗果蔬的农残效果会比自来水更好。

杀菌器除菌、阻垢以及去农残清洗功能，在解决基本的健康性能后，增加可选的、更高级的健康功能供用户选择，这三项技术实现难度较大，投入成本高，所以定义为高级健康功能。

以上9个健康功能描述及评分规则如表3所示。

表3 评分规则

3 等级划分规则

为了让消费者易于辨别买到的产品健康功能等级，方便选购对比，因此根据表3，对热水器、采暖炉各项健康功能进行评价，进而确定健康性能等级，共分六个等级：健康3星级、健康4星级、健康5星级、健康6星级、健康7星级和健康7星+级，星级越高的产品说明健康功能越好。

机型每符合一项，得到对应分值，统计总分：当3≤分数≤7分时，星级与分数相等，为健康X星级热水器或健康X星级采暖炉；当分数＞7时，为健康7星+级热水器或健康7星+级采暖炉。其中，健康星级热水器或者采暖炉应至少具备高温除菌和颗粒物过滤两项健康防护功能。具体健康功能技术要求如表4所示。

表4 健康功能技术要求

4 评价方法

4.1 除菌（含高温除菌和杀菌器除菌）

4.1.1 安装调试

（1）热水器或采暖炉按照图1系统安装；

图1 除菌测试安装示意图

（2）清洗好水箱和相应管路，保证菌落总数不高于100 CFU/100 ml。使用碳纤维或活性炭类滤芯过滤，余氯浓度低于0.4 mg/L的水加入水箱中，总量50 L；

（3）菌种制备，按GB 21551.2-2010附录A.4菌种、材料、仪器和设备章节，制备并活化菌种。

4.1.2 测试步骤

（1）取新鲜细菌培养物上的新鲜细菌，加入培养液中，然后加入水箱中稀释，充分搅拌，使得菌液浓度为104～105CFU/ml左右；

（2）从水箱中取适量初始菌液，分离计数作为对照组A；

（3）打开热水器或采暖炉，打开燃气，高温除菌测试，杀菌器除菌功能不能启动，需要设置机器所能设置的最高出水温度；杀菌器除菌测试时，高温除菌功能不能启动，设置出水温度为42℃；

（4）启动水泵，通过调水阀调节水流量为5 L/min，稳定出水2 min后，依据GB/T 5750.2-2006的方法从热水器或采暖炉出水口取样B，分离计数作为试验组；

（5）按GB/T 5750.12-2006方法测试菌落总数，根据式（1）计算除菌率η。

式中：

η——除菌率，单位：%；

A——初始水样菌落总数，单位：CFU/100 ml或MPN/100 ml；

B——试验后水样菌落总数，单位：CFU/100 ml或MPN/100 ml。

试验进行3次，取3次的平均值作为最终除菌率。

注：以上方法适用于高温除菌率和杀菌器除菌率的测试。

4.2 抗菌

涉水部件按GB 21551.2-2010附录A或附录B进行试验，测试抗菌率。

4.3 颗粒物过滤

4.3.1 易清洁性

通过视检或查阅产品使用说明中关于过滤网的维护说明内容检查其是否符合3.3.1的要求。

4.3.2 过滤网孔径测量

测量过滤网连续n个网孔和n根过滤网丝所占的长度l以及过滤网丝直径d（见图2），其中当网孔尺寸大于或等于1 mm时，n至少取10；当网孔尺寸小于1 mm时，n至少取20。

图2 过滤网孔径测量示意图

过滤网长度l以及网丝直径d的值应至少在不同位置进行5次测量，以5次测量结果的平均值来确定。

网孔尺寸ω用式（2）计算：

式中：

ω——网孔尺寸，单位：mm；

n——l长度上的网孔数量；

l：连续分布的n个网孔和n根过滤网丝所占的长度，单位：mm；

d：过滤网丝直径，单位：mm。

4.4 阻垢

4.4.1 安装调试

（1）热水器或采暖炉按照图1系统安装；

（2）同型号热水器或采暖炉2台同型号，一台带有阻垢装置，一台不带；

（3）通过视检或查阅产品使用说明中是否带有阻垢部件的说明，如果是使用阻垢剂方式阻垢，阻垢剂应符合GB/T 17218-1998《饮用水化学处理机卫生安全性评价》；

（4）参照GB 34914-2017，配置2.5倍附录A浓度的试验用水，即Ca离子含量约300 mg/L，共100 L。

4.4.2 测试步骤（1）取加标水2 L，密封处理，作为原水对照组A；

（2）将带阻垢装置的的机器挂在测试台上，连通水路以及燃气，插电源并开机设置到最高温度；

（3）打开水泵，通过调水阀调节水流量（5±0.5）L/min，待稳定2 min，后开始取出口水样B，密封后自然冷却至室温；

（4）更换不带有阻垢装置的机器，重复步骤（3），取出口水样C；

（5）参照GB/T 16632-2019中的碳酸钙沉积法，计算阻垢性能，计算公式如式（3）：

阻垢率计算公式：

式中：

ρ1——带有阻垢剂的燃气热水器的水样B钙离子浓度数值，单位：mg/L；

ρ2——不带有阻垢剂的燃气热水器的水样C钙离子浓度数值，单位：mg/L；

ρ3——为原水A中的钙离子浓度数值，单位：mg/L。

4.5 余氯净化

4.5.1 安装调试

（1）热水器或采暖炉按照图1系统安装；

（2）总净水量测试：配置余氯浓度为（1.0±10%）mg/L试验用水a，共30000 L；。

（3）余氯净化率测试：参考GB/T 35937-2018内4.5.5.2.1配置余氯浓度为（2±10%）mg/L试验用水，共50 L。

4.5.2 测试步骤

（1）额定总净水量测试

a)打开水泵，通过调水阀将配置的试验用水A以7 L/min的流量经过热水器或采暖炉（包含余氯去除装置）；

b)在测试达到标称的总净水量的0%、25%、50%、75%、100%分别进行取样；

c)净水流量低于5 L/min或余氯去除去除率低于50%时，结束试验；

d)记录总净水量是否满足30000 L要求。

（2）余氯净化率测试

a)测试前取试验用水B，作为对比组，按GB/T 5750.11-2006章节1检测水的余氯浓度C；

b)打开水泵，通过调水阀将配置的试验用水B以7 L/min的流量经过带有除氯装置的热水器或采暖炉；

c)水流动3 min之后，热水器或采暖炉出水口取水，并检测水的余氯浓度C1；

d)按照式（4）计算余氯净化率η：

式中：

η——余氯净化率，单位：百分号（%）；

C——试验用水中游离余氯的浓度，单位：mg/L；

C1——过滤后水中游离余氯的浓度，单位：mg/L。

4.6 农残去除率

4.6.1 安装调试

热水器或采暖炉按照图3系统安装。

图3 除菌测试安装示意图

4.6.2 测试步骤

（1）选取1.5 kg大小相同，长度5 cm～10 cm，无裂口、无损伤的荷兰豆为本实验的蔬菜样本；选取单个重量250 g～400 g，大小均匀，表面无损伤的雪梨6个作为水果样本。将荷兰豆和雪梨使用自来水清洗泥沙、杂物等，清洗后甩干表面水分；

（2）农残加标液制备：配制氯氰菊酯的混合原水浸泡液浓度为100 mg/L；

（3）加标样制备：将充分洗净晒干后的荷兰豆和雪梨浸没于配制好的原水浸泡液中，泡2 h，放置10 min，荷兰豆平均分开6份（约250 g/份），将加标后6份荷兰豆样品和6个雪梨样品放置于干净盘子中用于以下操作测试；

（4）取加标后的3份荷兰豆样品和3个雪梨分别放入不锈钢沥水盆中，并一同放入水槽中；

（5）开水调节水压到0.5 MPa，开启热水器或采暖炉去农残清洗功能（如微细气泡功能），设置38℃，待有微细气泡水流出的时候，把水放入水槽中，浸泡时水的液面高度需要高于样品最高位置不小于2 cm，然后计时2 min浸泡；

（6）放掉水槽的水，开水调节水压到0.5 MPa均匀的冲洗样品，荷兰豆样品和雪梨样品需分开冲洗，以顺时针或逆时针画圈冲洗，冲洗10 min；翻转样品后，再次以同样方法冲洗10 min，总共冲洗3次，共30 min，完成后将样品晾干；

（7）分别取清洗前的3份荷兰豆、3个雪梨和清洗后的3份荷兰豆、3个雪梨，按照GB/T 24691-2009内附录A，A8章节的测试方法，分别测试清洗前A和清洗后B样品的氯氰菊酯含量均值，通过式（5）计算残留农药去除率η：

式中：

η——残留农药去除率；

A——原样农药残留含量均值A=(A1+A2+A3)/3；

B——清洗后农药残留含量均值B=(B1+B2+B3)/3。

通过本试验结论可知，气泡水去农残效果达到90%，比自来水冲洗效果好，因此如果手搓清洗果蔬的时候使用气泡水，会有更好的去除效果，有效的去除表面的农残，可以更好地保护用户的健康。

4.7 水路耐腐蚀

（1）配置浓度为5%稀硫酸和3%浓度的稀硝酸溶液60 L，放入塑料水槽中；

（2）将热交换器烘干2 h后称重并记录重量M1；

（3）将热交换器置于所配置的溶液中在室温条件下静置22 h；

（4）取出热交换器吹干水分后烘干2 h后再次称量重量M2；

（5）计算热交换器的腐蚀失重率，按照式（6）：

式中：

η——腐蚀失重率，单位为百分号（%）；

M1——试验前热交换器重量，单位：kg；

M2——试验后热交换器重量，单位：kg。

水路耐腐蚀效果好，代表了水路部分生锈的几率非常低，基本杜绝了因为生锈而二次污染水质的问题，可有效保护用户的沐浴水质干净，沐浴健康。

4.8 低噪声

4.8.1 热水器按照GB 6932-2015中第7.7条燃烧工况试验，表13（7）燃烧噪声测试方法，测试噪声值（A计权）。

4.8.2 采暖炉按照GB 25034-2020中7.11噪声试验方法，测试噪声值（A计权）。

5 结论

本文从用户需求角度出发，按照技术实现难度及投入成本，将热水器健康功能分为3个层次：基础健康、中级健康、高级健康。其中基础健康包括：高温除菌、抗菌、颗粒物过滤，中级健康包括余氯净化、水路耐腐蚀以及低噪声，高级健康包括杀菌器除菌、去农残清洗和阻垢，并针对每项功能经过多次的试验验证确定了具体的技术要求，提供了详细的、可操作性强和经济性好的测试评价方法。同时根据健康功能指标的达成情况，按照表3“评分规则”对热水器、采暖炉各项健康功能进行客观评价进而确定健康性能等级，共分六个健康等级：健康3星级、健康4星级、健康5星级、健康6星级、健康7星级、健康7星+级。该标准填补了行业空白，一方面，可以保证用户的洗浴健康，便于用户选择健康产品；另一方面企业可以依据此评价方法进行第三方认证，促进健康产品的市场销售，最后可以指引行业的健康技术发展方向，有利于产品的更新换代。随着行业技术的迭代升级，会积极倾听行业意见，及时修订和完善该评价方法。