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摘要 对一种混合动力快热式电热水器使用流量性能的测试和分析。针对混合动力快热式电热水器和太阳能热水器在家用住宅中的系统性组合应用，结合用户对洗浴用水流量的舒适度要求，对混合动力快热式电热水器的出水流量进行测试验证。并提出可满足用户舒适使用要求的产品应用条件。
关键词 混合动力快热式电热水器;太阳能热水器;流量;温升
一 引言
目前非承压紧凑式太阳能热水器产品主要安装于家用建筑的外部屋顶，通过热虹吸的原理自然循环实现集热管和水箱的热量交换。常规采用电加热管作为其辅助热源，在阴雨天及冬季补充热能。但由于电加热管与太阳能热水器为整体式装配，电加热管工作时是将太阳能热水器的整箱水加热，而太阳能热水器的容积一般大于100L，电加热管工作时能源消耗较大。若消费者不开启使用电加热，将造成热水量不足不能满足用户的使用需求。
混合动力快热式電热水器产品，工作原理为：与非承压紧凑式太阳能热水器组合系统使用，当非承压紧凑式太阳能热水器中的水温达不到洗浴温度时，太阳能热水器中的冷水经过该混合动力快热式电热水器后瞬时加热，并根据设定水温自动调节加热功率，可现实进水加热、出水即热功能。同时具备非承压紧凑式太阳能热水器的自动上水、解冻控制等功能，实时显示太阳能热水器的水温和水位等状态。主要特点为：满足即开即热的使用需求，大功率速热;多能源结合，功能集合太阳能热水器和即热加热于一体;在太阳能热水器水温不满足热水需求的情况下，以太阳能热水器的基础水温为加热点，混合动力快热式电热水器作为辅助热源，加热速度快，节省能源。系统运行原理如图1所示。
为进一步验证混合动力快热式电热水器在配套非承压紧凑式太阳能热水器后的用水使用性能，对产品进行了使用出水流量的测试分析。
依据《GB 28378-2012淋浴器用水效率限定值及用水效率等级》标准第4.3条最小流量要求：淋浴器在（0.30±0.01）MPa动压下，流量不小于0.07L/s（4.2L/min）。即按照淋浴最小流量4.2L/min的要求进行测试，测试情况如下：
二 冷水进水情况下的出水温度和流量实验
基础测试条件：进水水温17-20℃，进水压力0.06-0.3MPa，混合动力快热式电热水器加热设置温度最大52℃，温差32-35℃。混合动力快热式电热水器显示流量与出水温度、温升、进水压力关系如图2所示：
结果说明：从图2看，在进水温度偏低（可视为自来水温度）的情况下，随着进水压力的不断增大（蓝色线），流量越大（横坐标），温升越小（绿色线），出水温度越低（红色线），出水温度逐渐达不到混合动力快热式电热水器加热设置温度值（52℃）。
在出水流量满足洗浴的最小流量4.2L/min时，温升大约21℃，出水温度约为40℃（低于加热设置温度52℃）。
在出水温度达到加热设置温度时，流量<2.9L/min，低于最小流量要求。
温度达到42℃时，流量约为3.8L/min。
若想较好的满足用户热水需求，在出水流量达不到4.2L/min时需要增加进水增压泵使用，同时进水温度与加热设置温度的温差不宜过大。
三 温水进水情况下的出水温度和流量实验
基础测试条件：进水水温35±1℃，进水压力0.06-0.3MPa，混合动力快热式电热水器加热设置温度最大52℃，温差17℃。混合动力快热式电热水器显示流量与出水温度、温升、进水压力关系如图3所示：
结果说明：从图3看，在进水温度适中（非承压紧凑式太阳能热水器内水温）的情况下，随着进水压力的不断增大（绿色线），流量增大（横坐标），由于混合动力快热式电热水器的加热能力和变频控制功能的作用，在出水流量≥4.2L/min时，温升大约17℃，水温度能达到加热设置温度值且保持较平稳，说明在有一定基础水温的情况下，混合动力快热式电热水器能够满足淋浴流量和出水温度的要求。
四 理论计算的流量和温升的关系
按照该混合动力快热式电热水器的额定功率5000W加热工作，理论计算出水流量与混合动力快热式电热水器温升的关系。
计算公式为：Q=cmΔT
参数说明：Q：能量，单位J
c：水的比热容，4.2×10^3J/（KG×℃）
m：质量，单位KG
ΔT：温升，单位℃
计算结果数据和曲线关系如下表1和图4。
计算结果说明：在满足最小洗浴流量要求的4.2L/min时，温升为17℃，即当要达到洗浴温度42℃（一般的默认可洗浴温度），则初始水温需达到25℃。
五 流量衰减实验
实验系统安装如图5：
非承压紧凑式太阳能热水器安装高度约3.5m，混合动力快热式电热水器安装高度约0.5m，两者高度差约3m。采用4分不锈钢波纹管作为连接管路，管路中连接流量计和增压泵（作为试验用，不代表实际安装需要），出水管路不经过混合动力快热式电热水器，直接放水，不开启增压泵，出水流量为（出水压力0.04MPa）： 472.6L/h（7.9 L/min）。
将出水管路切换接入混合动力快热式电热水器后，出水流量：112.1 L/h（1.9 L/min）。
六 结语
混合动力快热式电热水器作为电能与太阳能结合的产品，可实现对非承压紧凑式太阳能热水器的有效补充，满足用户对热水和出水即热的要求，且能源及时使用，不造成大的耗能，是电能和太阳能结合较节能的方式。从以上实验结果看，混合动力快热式电热水器的应用需注意流量和温度的关系，即：
（一）在进水达到一定基础水温后，才能满足洗浴的温度和流量要求。
（二） 解决流量衰减的问题，可通过增加增压泵的方式实现，或通过管路设计安装实现经过/不经过混合动力快热式电热水器的方式，在太阳能热水器温度足够时方便洗浴。
参考文献
[1] GB 28378-2012 淋浴器用水效率限定值及用水效率等级
[2] QB/T 1239-1991 快热式电热水器
作者简介：单青（1981.11-），女，汉，大学本科，中级工程师，山东力诺瑞特新能源有限公司（山东省济南市经十东路30766号，250103）
山东力诺瑞特新能源有限公司 山东 济南 250103
福士汽车零部件（济南）有限公司 山东 济南 250100
关键词 混合动力快热式电热水器;太阳能热水器;流量;温升
一 引言
目前非承压紧凑式太阳能热水器产品主要安装于家用建筑的外部屋顶，通过热虹吸的原理自然循环实现集热管和水箱的热量交换。常规采用电加热管作为其辅助热源，在阴雨天及冬季补充热能。但由于电加热管与太阳能热水器为整体式装配，电加热管工作时是将太阳能热水器的整箱水加热，而太阳能热水器的容积一般大于100L，电加热管工作时能源消耗较大。若消费者不开启使用电加热，将造成热水量不足不能满足用户的使用需求。
混合动力快热式電热水器产品，工作原理为：与非承压紧凑式太阳能热水器组合系统使用，当非承压紧凑式太阳能热水器中的水温达不到洗浴温度时，太阳能热水器中的冷水经过该混合动力快热式电热水器后瞬时加热，并根据设定水温自动调节加热功率，可现实进水加热、出水即热功能。同时具备非承压紧凑式太阳能热水器的自动上水、解冻控制等功能，实时显示太阳能热水器的水温和水位等状态。主要特点为：满足即开即热的使用需求，大功率速热;多能源结合，功能集合太阳能热水器和即热加热于一体;在太阳能热水器水温不满足热水需求的情况下，以太阳能热水器的基础水温为加热点，混合动力快热式电热水器作为辅助热源，加热速度快，节省能源。系统运行原理如图1所示。
为进一步验证混合动力快热式电热水器在配套非承压紧凑式太阳能热水器后的用水使用性能，对产品进行了使用出水流量的测试分析。
依据《GB 28378-2012淋浴器用水效率限定值及用水效率等级》标准第4.3条最小流量要求：淋浴器在（0.30±0.01）MPa动压下，流量不小于0.07L/s（4.2L/min）。即按照淋浴最小流量4.2L/min的要求进行测试，测试情况如下：
二 冷水进水情况下的出水温度和流量实验
基础测试条件：进水水温17-20℃，进水压力0.06-0.3MPa，混合动力快热式电热水器加热设置温度最大52℃，温差32-35℃。混合动力快热式电热水器显示流量与出水温度、温升、进水压力关系如图2所示：
结果说明：从图2看，在进水温度偏低（可视为自来水温度）的情况下，随着进水压力的不断增大（蓝色线），流量越大（横坐标），温升越小（绿色线），出水温度越低（红色线），出水温度逐渐达不到混合动力快热式电热水器加热设置温度值（52℃）。
在出水流量满足洗浴的最小流量4.2L/min时，温升大约21℃，出水温度约为40℃（低于加热设置温度52℃）。
在出水温度达到加热设置温度时，流量<2.9L/min，低于最小流量要求。
温度达到42℃时，流量约为3.8L/min。
若想较好的满足用户热水需求，在出水流量达不到4.2L/min时需要增加进水增压泵使用，同时进水温度与加热设置温度的温差不宜过大。
三 温水进水情况下的出水温度和流量实验
基础测试条件：进水水温35±1℃，进水压力0.06-0.3MPa，混合动力快热式电热水器加热设置温度最大52℃，温差17℃。混合动力快热式电热水器显示流量与出水温度、温升、进水压力关系如图3所示：
结果说明：从图3看，在进水温度适中（非承压紧凑式太阳能热水器内水温）的情况下，随着进水压力的不断增大（绿色线），流量增大（横坐标），由于混合动力快热式电热水器的加热能力和变频控制功能的作用，在出水流量≥4.2L/min时，温升大约17℃，水温度能达到加热设置温度值且保持较平稳，说明在有一定基础水温的情况下，混合动力快热式电热水器能够满足淋浴流量和出水温度的要求。
四 理论计算的流量和温升的关系
按照该混合动力快热式电热水器的额定功率5000W加热工作，理论计算出水流量与混合动力快热式电热水器温升的关系。
计算公式为：Q=cmΔT
参数说明：Q：能量，单位J
c：水的比热容，4.2×10^3J/（KG×℃）
m：质量，单位KG
ΔT：温升，单位℃
计算结果数据和曲线关系如下表1和图4。
计算结果说明：在满足最小洗浴流量要求的4.2L/min时，温升为17℃，即当要达到洗浴温度42℃（一般的默认可洗浴温度），则初始水温需达到25℃。
五 流量衰减实验
实验系统安装如图5：
非承压紧凑式太阳能热水器安装高度约3.5m，混合动力快热式电热水器安装高度约0.5m，两者高度差约3m。采用4分不锈钢波纹管作为连接管路，管路中连接流量计和增压泵（作为试验用，不代表实际安装需要），出水管路不经过混合动力快热式电热水器，直接放水，不开启增压泵，出水流量为（出水压力0.04MPa）： 472.6L/h（7.9 L/min）。
将出水管路切换接入混合动力快热式电热水器后，出水流量：112.1 L/h（1.9 L/min）。
六 结语
混合动力快热式电热水器作为电能与太阳能结合的产品，可实现对非承压紧凑式太阳能热水器的有效补充，满足用户对热水和出水即热的要求，且能源及时使用，不造成大的耗能，是电能和太阳能结合较节能的方式。从以上实验结果看，混合动力快热式电热水器的应用需注意流量和温度的关系，即：
（一）在进水达到一定基础水温后，才能满足洗浴的温度和流量要求。
（二） 解决流量衰减的问题，可通过增加增压泵的方式实现，或通过管路设计安装实现经过/不经过混合动力快热式电热水器的方式，在太阳能热水器温度足够时方便洗浴。
参考文献
[1] GB 28378-2012 淋浴器用水效率限定值及用水效率等级
[2] QB/T 1239-1991 快热式电热水器
作者简介：单青（1981.11-），女，汉，大学本科，中级工程师，山东力诺瑞特新能源有限公司（山东省济南市经十东路30766号，250103）
山东力诺瑞特新能源有限公司 山东 济南 250103
福士汽车零部件（济南）有限公司 山东 济南 250100