基于市场常用热水器对新型家用常热储水式电热水器的研究
孙志永+严振宇
摘 ?要：新型常热储水式电热水器依靠主副两个储水桶进行热水常热控制，主副内均有通过温控器、定时器等控制的加热管。冷水先进入副桶内加热，当主桶水位下降到设定的临界水位时，通过单片机控制主副桶之间的水闸打开，副桶已加热的热水立即全部进入主桶中，副桶关闭出水口，开启进水口，进行迅速加热，以此循环，达到常热控制的目的。同时，副桶加热部分耗电量远远少于整桶的耗电。
关键词：常热储水器;节能;电热水器研究
一、电热水器及其市场前景
2013年12月，中国热水器市场上，电热水器依然是市场主流热水器类型，其关注比例接近燃气热水器产品的两倍。其中电热水器产品的关注比例为64.9%，燃气热水器的关注比例为35.1%，而“九正建材网”根据统计，在整个热水器市场上，储水式电热水器占了53%的份额，燃气热水器的市场份额在30%左右，太阳能热水器只有10%的份额，空气源热泵式热水器的份额不足4%，即热式热水器的份额不足3%。由此，电热水器的发展是个必然的趋势。电热水器的发展关键在于它的内胆。现在市场上的电热水器内胆有以下几种：镀锌板内胆、不锈钢内胆、搪瓷内胆、A.O.Smith金圭内胆。其中A.O.Smith金圭内胆比较防腐。据统计，A.O.Smith电热水器产品用户其使用寿命大都超过30年。同时，有关专家对电热水器市场前景相当看好，认为电热水器将是今后发展的趋势，市场份额将会越来越大，最后主导地位。电热水器的发展主要着重于卫生、安全、环保。由于这样的发展优势，使得很多研究者，热水器厂家对这方面的投入。
二、研究的目的
常规家用储水式电热水器有预热时间长、加热迟缓，使用不便当，耗电，预热及保温过程需大量散热水量有限，经常遇到洗澡洗到一半没有热水的现象且洗澡时水温不稳定，普通水温越洗越凉临时用热水用不上等缺点，造成了其大面积推广使用的困难。而新型常热家用电热水器通过主副桶分工加热，水量控制从而不需要全桶加热造成能源浪费水温不恒定等一系列问题，有效的解决了常规储水式热水器的缺点。
三、项目研究目标及主要内容
通过对常规储水式热水器进行重新设计，使其克服原有的一系列缺点，从而使达到具有节能，方便等优点。
（一）初步拟定设计思路：将热水器内胆分为主副两块，V主桶：V副=2：1，主副桶均由温控器，水位控制器进行控制。附桶内的加热器功率高于主桶，电源开启时，主副桶同时工作进行加热，冷水由入水口进入附桶内进行首次加热，附桶内的加热器进行快速加温工作。主桶内的水温控制器控制主桶内的水温，当水温达到预先设计的值时，主桶自动进行自身的加热过程。当水位控制器感应到主桶水位下降到其预先设定的临界值时，水位控制器进行工作，控制附桶与主桶连接通道开启，附桶加热的水全部进入主桶，水位控制器再次测量水位，发出关闭连接口的指令。附桶的水位控制器从而控制开来冷水的进水口，进而产生循环，有效的保证水温和水量的恒定。
（二）热水负荷计算及其相关数据比较。淋浴器热水热负荷计算按照GB 50015—2003《建筑给水排水设计规范》（09 版） ，以热水用水定额来计算，主要公式[3]如下：
Qw = cpqtρ（ θh-θl ）1 000 （1）
根据式（ 1） 计算电热水器用户的洗澡加热水所需的热负荷，再依据式计算得到用户洗澡的耗电量。
E = Qw/6ηe
式中E———耗电量，kW·h
ηe———电热水器效率，取95%
由统计数据用SPSS 软件计算得到，电热水器用户的人均洗澡时间为18.47 min /（ 人·d） ，人均耗电量为1. 22 kW·h。
家庭常用电热水器与新型家用常热电热水器经济分析基本参数
（三）工作原理及单片机的选择。新型家用常热储水式电热水器工作原理：刚开始启动电源，水温为T1 、流量为q1 的冷水从进水管流入热水器副桶，主桶。经功率为W 的电热元件， 加热后变成温度为T 的热水，由出水管流出。当主桶水位下降到40L水量时，副桶水立刻通过中间阀门，将已加热的水注入到主桶内。水温控制是通过设定值与测量值之间的比较进行的。当测量值低于设定值时， 控制固态继电器的导通来控制加热管工作，当温度到达设定值时，停止加热。为了避免加热管的频繁启停， 程序设计中设置了回差控制。当水温低于设定值一个回差后，才再次启动加热管工作，直至水温重新到达设定值，水位控制是通过设定值和测量值来进行比较的，当水位低于设定值程序设计中会反馈中间阀门控制器打开进行注水。同时副桶冷水进水口进水，这种热水器功率较大，进行快速加热，可连续提供热水，主桶可持续热水洗澡。
电热水器控制器是以ATMEL 公司的AT89C52单片机为核心， 模拟信号输入经过AD 转换器ADC0804，控制面板的内容显示采用真空荧光显示器VFD（Vacuum Fluorescent Dis
play），VFD 的控制与驱动由芯片uPD16311 来完成。AT89C52 单片机简介本控制系统采用了ATMEL 公司生产的高性能的8 bit 单片机AT89C52 为主控制器。它在40 引脚的封装内集成了以下主要功能：一个高性能的8 bitCPU 内核;256x8bit 内部
RAM ;8 kB 可反复擦写Flash ROM;3 个16 bit 可编程计数器/定时器;8个中断源;32 个双向I/O 口;可编程UART 串行通道;低功耗空闲和掉电模式等。
四、项目创新特色概述
针对常规储水式热水器的缺点缺点加热慢，不适合人口多的家庭使用等缺点，进行对其创新改造，从而达成节能，方便的优点，有效促进储水式电热水器的推广，具有良好的市场效益。
五、结论与建议
本系统通过采用以AT89C52 单片机为核心控制器件实现了电热水器的持续加热出水功能， 为目前市场上家庭常用电热水器有预热时间长、加热迟缓，使用不便当，耗电，预热及保温过程需大量散热水量等不利因素，结合市场前景十分看好的电热水器市场开拓了方向。成员在设计领域均具有一定的特长，并在不断的学习过程中积累了浓厚的科技创新的兴趣。
参考文献：
[1] 周航慈教授.电热水器控制器设计[J].广州周立功单片机发展有限公司
[2] 刘家友.燃气热水器与电热水器技术经济比较[J].家电科技，2009（ 21）：57-58.
摘 ?要：新型常热储水式电热水器依靠主副两个储水桶进行热水常热控制，主副内均有通过温控器、定时器等控制的加热管。冷水先进入副桶内加热，当主桶水位下降到设定的临界水位时，通过单片机控制主副桶之间的水闸打开，副桶已加热的热水立即全部进入主桶中，副桶关闭出水口，开启进水口，进行迅速加热，以此循环，达到常热控制的目的。同时，副桶加热部分耗电量远远少于整桶的耗电。
关键词：常热储水器;节能;电热水器研究
一、电热水器及其市场前景
2013年12月，中国热水器市场上，电热水器依然是市场主流热水器类型，其关注比例接近燃气热水器产品的两倍。其中电热水器产品的关注比例为64.9%，燃气热水器的关注比例为35.1%，而“九正建材网”根据统计，在整个热水器市场上，储水式电热水器占了53%的份额，燃气热水器的市场份额在30%左右，太阳能热水器只有10%的份额，空气源热泵式热水器的份额不足4%，即热式热水器的份额不足3%。由此，电热水器的发展是个必然的趋势。电热水器的发展关键在于它的内胆。现在市场上的电热水器内胆有以下几种：镀锌板内胆、不锈钢内胆、搪瓷内胆、A.O.Smith金圭内胆。其中A.O.Smith金圭内胆比较防腐。据统计，A.O.Smith电热水器产品用户其使用寿命大都超过30年。同时，有关专家对电热水器市场前景相当看好，认为电热水器将是今后发展的趋势，市场份额将会越来越大，最后主导地位。电热水器的发展主要着重于卫生、安全、环保。由于这样的发展优势，使得很多研究者，热水器厂家对这方面的投入。
二、研究的目的
常规家用储水式电热水器有预热时间长、加热迟缓，使用不便当，耗电，预热及保温过程需大量散热水量有限，经常遇到洗澡洗到一半没有热水的现象且洗澡时水温不稳定，普通水温越洗越凉临时用热水用不上等缺点，造成了其大面积推广使用的困难。而新型常热家用电热水器通过主副桶分工加热，水量控制从而不需要全桶加热造成能源浪费水温不恒定等一系列问题，有效的解决了常规储水式热水器的缺点。
三、项目研究目标及主要内容
通过对常规储水式热水器进行重新设计，使其克服原有的一系列缺点，从而使达到具有节能，方便等优点。
（一）初步拟定设计思路：将热水器内胆分为主副两块，V主桶：V副=2：1，主副桶均由温控器，水位控制器进行控制。附桶内的加热器功率高于主桶，电源开启时，主副桶同时工作进行加热，冷水由入水口进入附桶内进行首次加热，附桶内的加热器进行快速加温工作。主桶内的水温控制器控制主桶内的水温，当水温达到预先设计的值时，主桶自动进行自身的加热过程。当水位控制器感应到主桶水位下降到其预先设定的临界值时，水位控制器进行工作，控制附桶与主桶连接通道开启，附桶加热的水全部进入主桶，水位控制器再次测量水位，发出关闭连接口的指令。附桶的水位控制器从而控制开来冷水的进水口，进而产生循环，有效的保证水温和水量的恒定。
（二）热水负荷计算及其相关数据比较。淋浴器热水热负荷计算按照GB 50015—2003《建筑给水排水设计规范》（09 版） ，以热水用水定额来计算，主要公式[3]如下：
Qw = cpqtρ（ θh-θl ）1 000 （1）
根据式（ 1） 计算电热水器用户的洗澡加热水所需的热负荷，再依据式计算得到用户洗澡的耗电量。
E = Qw/6ηe
式中E———耗电量，kW·h
ηe———电热水器效率，取95%
由统计数据用SPSS 软件计算得到，电热水器用户的人均洗澡时间为18.47 min /（ 人·d） ，人均耗电量为1. 22 kW·h。
家庭常用电热水器与新型家用常热电热水器经济分析基本参数
（三）工作原理及单片机的选择。新型家用常热储水式电热水器工作原理：刚开始启动电源，水温为T1 、流量为q1 的冷水从进水管流入热水器副桶，主桶。经功率为W 的电热元件， 加热后变成温度为T 的热水，由出水管流出。当主桶水位下降到40L水量时，副桶水立刻通过中间阀门，将已加热的水注入到主桶内。水温控制是通过设定值与测量值之间的比较进行的。当测量值低于设定值时， 控制固态继电器的导通来控制加热管工作，当温度到达设定值时，停止加热。为了避免加热管的频繁启停， 程序设计中设置了回差控制。当水温低于设定值一个回差后，才再次启动加热管工作，直至水温重新到达设定值，水位控制是通过设定值和测量值来进行比较的，当水位低于设定值程序设计中会反馈中间阀门控制器打开进行注水。同时副桶冷水进水口进水，这种热水器功率较大，进行快速加热，可连续提供热水，主桶可持续热水洗澡。
电热水器控制器是以ATMEL 公司的AT89C52单片机为核心， 模拟信号输入经过AD 转换器ADC0804，控制面板的内容显示采用真空荧光显示器VFD（Vacuum Fluorescent Dis
play），VFD 的控制与驱动由芯片uPD16311 来完成。AT89C52 单片机简介本控制系统采用了ATMEL 公司生产的高性能的8 bit 单片机AT89C52 为主控制器。它在40 引脚的封装内集成了以下主要功能：一个高性能的8 bitCPU 内核;256x8bit 内部
RAM ;8 kB 可反复擦写Flash ROM;3 个16 bit 可编程计数器/定时器;8个中断源;32 个双向I/O 口;可编程UART 串行通道;低功耗空闲和掉电模式等。
四、项目创新特色概述
针对常规储水式热水器的缺点缺点加热慢，不适合人口多的家庭使用等缺点，进行对其创新改造，从而达成节能，方便的优点，有效促进储水式电热水器的推广，具有良好的市场效益。
五、结论与建议
本系统通过采用以AT89C52 单片机为核心控制器件实现了电热水器的持续加热出水功能， 为目前市场上家庭常用电热水器有预热时间长、加热迟缓，使用不便当，耗电，预热及保温过程需大量散热水量等不利因素，结合市场前景十分看好的电热水器市场开拓了方向。成员在设计领域均具有一定的特长，并在不断的学习过程中积累了浓厚的科技创新的兴趣。
参考文献：
[1] 周航慈教授.电热水器控制器设计[J].广州周立功单片机发展有限公司
[2] 刘家友.燃气热水器与电热水器技术经济比较[J].家电科技，2009（ 21）：57-58.
