彭佰胜

（佛山市质量计量监督检测中心，广东佛山 528225）

储水式电热水器是指加热水并将水储存在容器中，且装有控制水温装置的固定式器具。其储水容量有大有小，市面上从8 升到150 升都可以见到。储水式电热水器按其工作原理分类，可以分为密闭式、出口敞开式、水箱式、开口式、水槽式等，目前中国香港市场所见主要为密闭式和出口敞开式。

中国香港为了节省大量能源，减少发电厂排放温室气体及其它空气污染物，为进一步方便市民挑选具有能源效益的器具及提升市民对节约能源的意识，香港政府推行强制性能源效益标签计划。根据强制性标签计划，从2018 年开始，在中国香港供应的储水式电热水器必须贴上能源标签，让消费者知悉有关产品的能源效益表现。

在中国香港销售的储水式电热水器既要满足安规标准IEC 60335-1:2010+AMD1:2013+AMD2:2016《Household and similar electrical appliances -Safety -Part 1:General requirements》[1]、IEC 60335-2-21:2012+A1:2018《Household and similar electrical appliances -Safety-Part 2-21: Particular requirements for storage water heaters》[2]的要求，也要满足中国香港强制性能源效益标签计划的要求。中国香港最新强制性能源效益标签计划实施细则为《产品能源标签实务守则2020》[3]，此细则中储水式电热水器能效的测试方法主要依据IEC 60379-1987《Methods for measuring the performance of electric storage waterheaters for household purposes》[4]标准。由于国内部分生产厂家对中国香港储水式电热水器能效测试要求不了解，导致不能顺利在香港机电工程署备案，或者备案后在市场抽查中容易出现不合格项目。为了提高国内储水式电热水器的产品质量，顺利在香港机电工程署备案，本文结合IEC 60379-1987 标准和《产品能源标签实务守则2020》对中国香港储水式电热水器能效测试进行了合理的探讨。

1 能效测试

1.1 产品适用范围

根据IEC 60379-1987 标准和《产品能源标签实务守则2020》，储水式电热水器满足以下要求才需要在中国香港备案：在设计上有一个隔热良好的容器用于储存热水并且带有一个控制水温的温控器；该产品使用市电作为唯一电源；容器的容积不超过50 L。如果储水式电热水器在设计上只用于热饮或热食用途，或者有超过1 个加热容器，则不需要在中国香港进行备案。一个加热容器以上的储水式电热水器由于其水温不均匀，按IEC 60379-1987 标准进行测试误差比较大，所以标准和实施细则规定两个容器的储水式电热水器不适用。

1.2 测试条件

根据IEC 60379-1987 标准和《产品能源标签实务守则2020》，需要在以下环境和安装条件进行能效测试：在无明显对流的房间进行，一般认为空气流速低于0.25 m/s 即满足要求。环境温度为18℃～22℃，相对湿度不超过85%。进水温度保持在13℃～17℃之间，按制造商规定安装热水器。在中国香港市电规定的电压及频率下测试，即380 V/220 V 和50 Hz 进行测试。额定输入功率所需电压与额定电压的偏差大于5%，则不得进行测试。打个比方，如果电热水器额定参数为220 V/3 000 W，实测3 000 W 对应的电压为233 V，由于233 V 大于220 V×105%=231 V，即这个产品不能进行能效测试。生产厂家应确保产品的实测功率和额定功率偏差不能过大。

温控器的设置：对于可调节温控器的储水式电热水器，温控器应设置平均水温为（65±3）℃。在进行测试的过程中，温控器的设定保持不变。如果使用者不能调节储水式电热水器的温控器，则不用调节温控器的设定，按出厂默认设置即可。

水温的测量布点：在容器的上部放置一条热电偶，在不排水的情况下测量水温。如果容器是金属的，则可将热电偶放在容器的外表面。在国内的储水式电热水器能效测试中，每个容器要求布置5 条热电偶，而在香港地区的能效测试中只需要布置一条热电偶。进出水温则可以在储水式电热水器的进出水口测量，如果进出水温的测量是远离电热水器出入口的，那可能导致进出水温偏差较大。

环境温度的测量布点：环境温度的测量点应选择在被测电热水器与测试角中间点或距离被测电热水器1 m 处，两者取较小值，并位于被测电热水器的一半高度。环境温度应在稳定的条件下测量。

1.3 额定容积的测试

储水式电热水器按正常使用条件安装和充满15℃的进水，电热水器不通电，然后从电热水器的进水口排空容器，如果从进水口不可能排空，则需要从特定的排放阀排空容器。测量所有排出水的容积，结果单位为L，保留一位小数。《产品能源标签实务守则2020》规定中国香港储水式电热水器额定容积不低于标称值的98%，而国标GB 21519-2008《储水式电热水器能效限定值及能效等级》[5]则要求偏差不大于±10%。因此，国内生产企业应注意容积要求的差异。

1.4 能效效益级别的确定

1.4.1 固有能源消耗量的确定

储水式电热水器注满进水温度为θc的冷水，启动电源，让温控器运作几个周期，从容器的热电偶温度曲线确定样品已经达到稳定状态。通常来说温度曲线相邻波峰与波峰或者波谷与波谷偏差不大于1℃可认为已到达稳定。从某次温控器断开电源开始计时，直到经过48 小时后某次温控器断开电源。测量所用的时间t1和耗电量E1，并通过温度曲线读取容器水温每次温控器断开时的温度θA和接通时的温度θE，如图1 所示。

图1 中国香港储水式电热水器能效测试示意图

温控器断开时的平均水温可以用式（1）计算：

温控器接通时的平均温度可以用式（2）计算：

容器的平均水温可以用式（3）计算：

每24 小时的耗电量可以用式（4）计算：

固有能源消耗量用式（5）计算：

式（1）～式（5）中：

θA为温控器断开时的平均水温，θAi为某次温控器断开时的温度，单位为℃；

θE为温控器接通时的平均水温，θEi为某次温控器接通时的温度，单位为℃；

θM为容器的平均水温，单位为℃；

t1为测试时间，单位为h；

E1为测试时间的耗电量，单位为kw·h；

E 为每24 小时的耗电量，单位为kw·h；

Est,meas为固有能源消耗量，单位为kw·h/24 h。

1.4.2 能源消耗指数的确定

储水式电热水器的固有能源消耗量包括两部分：可变固有能源消耗量（Est,var）和因热能输送导致的固定能源消耗量（Est,fix）。可变固有能源消耗量因热水器不同而不同，而同类型的电热水器固定能源消耗量大致相同。计算能源效益必须撇除固定能源消耗量的因素，只比较可变固有能源消耗量。固定能源消耗量按经验统一取值0.072 kw·h/24 h。除此之外，由于中国香港规定密闭式储水电热水器需要安装符合标准要求的压力释放阀，而出口敞开式电热水器没有此压力释放阀，因此对于密闭式储水电热水器，地区因数取值0.2 kw·h/24 h；对于出口敞开式电热水器，地区因数取值0.1 kw·h/24 h。

储水式电热水器的平均固有能源消耗量参考欧盟，按式（6）计算：

储水式电热水器的能源消耗指数按式（7）计算：

式（6）～式（7）中：

V 为器具额定容积，单位为L；

Est,av为平均固有能源消耗量，单位为kw·h/24 h；

Iε为能源消耗指数，单位为%；

Est,fix为固定能源消耗量，取值0.072 kw·h/24 h；

Eloc为地区因数，单位为0.2 kw·h/24 h 或0.1 kw·h/24 h；

Est,meas为固有能源消耗量，单位为kw·h/24 h。

计算出能耗消耗系数后，可以对照表1 得出中国香港储水式电热水器的能源效益级别。

表1 中国香港储水式电热水器能耗效益级别

1.5 热水输出量的测试

测完固有能源消耗量后，在温控器断开后立刻断开电热水器的电源，然后供应进水温度为θc的冷水，让等同额定容积的冷水以固定流速5 L/min 经过出水口排出，同时测量出水口的平均温度θ’p。出口敞开式电热水器通过进水口控制流速，密闭式电热水器通过出口控制流速。

按式（8）计算排出水的平均水温：

式（8）中：

θp为排出水的平均水温，单位为℃；

θ’p为出水口的平均水温，单位为℃；

θc为冷水的平均水温，单位为℃；

θA为温控器断开时平均水温，单位为℃。

额定容积下的热水输出量为θp度。

1.6 重新加热时间的测试

测完热水输出量后，接通电热水器的电源，计算时间tR直到温控器第一次断开，同时需要记录温控器断开时的水温θR，θR和θA的差值需在10 K 之内。将水由15℃加热到65℃所需的重新加热时间，按式（9）计算：

式（9）中：

tR.50为水由15℃加热到65℃所需的重新加热时间，单位为min；

θR为温控器断开时的水温，单位为℃；

θc为冷水的平均水温，单位为℃；

tR为接通电热水器的到温控器断开的时间，单位为min。

2 市场抽查发现的问题和质量建议

中国香港储水式电热水器能效一般要考核以下几个指标：实测的固有能源消耗量不得高于备案的105%；实测容积不低于备案额定容积的98%；实测热水输出量不低于备案的90%；实测重新加热时间，不得大于备案的110%；实测的能源效益级别不低于备案的级别或能源消耗指数不高于备案的105%且任何情况不高于下一个较低级别允许的最高能源消耗指数。

图2 为某个电热水器的实测曲线图，经计算其实测的能效数据和备案的数据如表2 所示。

表2 储水式电热水器实测数据

图2 储水式电热水器温度曲线图

从表2 可见，此电热水器的固有能源消耗量、热水输出量、能源效益级别不符合中国香港实施规则的要求。固有能源消耗量、能源效益级别不合格的主要原因是备案值偏大，为了宣传产品故意虚标；部分产品保温材料性能差或者保温材料厚度不够。

热水输出量不合格原因分析：首先可能是热水输出量备案值过大，实测值不能达到规定的要求。其次是热水输出量和电热水器的进水管结构密切相关，输入相同容积的冷水，如果进水管比较接近出水管，那么进水口的冷水未经过容器混合热水，而是直接流出出水口，容器的热水不能放出来，则热水输出量偏低；反之如果进水口远离出水口，并且进水管加一个伞状物，使得进水口的冷水均匀的混合容器的热水，那么理论上容器的所有热水都能从出水口放出来，此时热水输出量最大，消费者使用上最经济。否则烧一缸热水都不能使用，比较浪费能源。当然，此时重新加热时间会比较长一点。

建议生产企业合理备案储水式电热水器的各个参数，不要吸引消费者故意虚标，要严格按照型式试验的产品进行生产销售，一旦改变进出水管的结构，会影响备案的关键参数；要严格控制电热水器的关键元器件特别是发热管和容器容积，一旦发热管偏差过大，可能导致安规和能效都不合格，容积改变则可能导致容积偏差不合格。

3 结论

本文对中国香港储水式电热水器的能效测试方法，如：额定容积、固有能源消耗量、能源消耗指数、重新加热时间、热水输出量进行了详尽的介绍。通过实测数据对储水式电热水器在抽查中出现的问题进行了详尽的分析，并提供了产品质量建议。经过原理分析得出改变储水式电热水器的进水口会影响热水输出量的结论。