热水器的分类及使用成本分析

　　国内家用热水器自从上世纪80年代中期南京“玉环”首先推出燃气快速热水器以来，已经走过了二十几个年头，制造技术越来越成熟、功能越来越完善。根据市场的多样化需求，快速燃气热水器这个主力军，也被制造成多种型式。以下作简要的介绍：

　　第一部分：热水器的分类

　　1.燃气热水器

　　1.1快速式燃气热水器

　　1.1.1直排式

　　这是最简易的热水器，由燃气控制系统、水控制系统、热交换系统组成。没有排烟系统。功率≤10KW（不大于5升），燃烧用的辅助空气，燃烧后产生的废气，取自室内、排在室内，所以一定要安装在通风良好的场所，运行时保证有良好的通风环境。国家标准因此规定，直排式一定要安装“缺氧保护装置”。但是效果并不是很好，建设部只得下令禁止生产。但是这类热水器体积小巧，安装简易，价格低廉。在广东地区仍然很有市场，一些厂商采取一些简单可行的技术措施后（如添加一根排烟管），仍在生产，低廉的价格是有市场的重要原因，5升、6升的机器仅售200元左右，这种价格是匪夷所思的。

　　1.1.2自然排气式

　　在直排式的基础上添加了排烟系统及其它一些安全装置就成了自然排气式。根据结构不同可以分为烟道式和平衡式。南美、中东、东南亚地区市场都以这类产品为主，一些世界著名厂商如意大利的“依玛盖斯”，西班牙的“法格”，它们的产品覆盖了这些市场。

　　1.1.2.1烟道式

　　该热水器运行所需的辅助空气取自室内，燃烧后产生的废气通过烟道排放到室外大气中，烟道系统设有防倒风装置以保证在倒灌风状态下能正常燃烧。这类热水器运行时也要保持室内通风状态良好，以保证燃烧能正常运行。因为燃烧时所需的辅助空气量很大，以10升热水器为例，燃烧1小时所需的新鲜空气为25-30m3.。而排出的废气则有30-37m3。有些用户自行安装时不装排烟管，有的排烟管出口位置不良（如某些建筑有公共排烟道，低层用户把排烟口安置其中会造成废气倒灌）造成的死亡事故时有发生，上海市政府早几年就禁止这类热水器在上海地区销售。但是这类机器价格比较便宜，安装适应面广，在正确安装、使用的前提下，还是很安全的。所以就燃气快速热水器用户面而言，它是普及率最高的。

　　1.1.2.2平衡式

　　燃烧与排烟组成一个封闭系统，密封程度为每小时泄漏量≤3m3,烟道是同轴双层结构。内烟道排气、外烟道吸气。这种热水器安装需要直接户外的墙面，运行时燃烧所需的新鲜空气取自室外，废气也排出室外。因为处于同一平面，如果遇到大风天气，该面所受的压强为同一压强，燃烧时热的废气从内烟道排出，密闭的燃烧仓形成压力差，内外烟道形成气体流动的回路。因为不受外界风力影响，空气烟气在燃烧时总能保持正常循环，处于平衡状态，所以称为平衡式。燃烧仓的密闭很重要，如果严重泄漏，平衡的功能也就丧失了。平衡式是一种非常安全的热水器，但机器结构比较复杂，技术要求比较高，所以价格比较贵。安装条件与烟道式相比有一定的限制。烟道截面往往为300×400左右的长方形，在墙面上开这么大的方孔令人感到很不舒服，以上诸因素使平衡式的销量远不如烟道式。

　　1.1.3强制排气式

　　在排气系统上安装风机，把燃烧产生的废气强行排到室外，与自然排气式一样，强排式也可分为烟道式和平衡式。烟道式比较普及，平衡式市场份额很小，许多专业制造厂家干脆就没有这个品种。烟道式强排机还可细分为上抽风型和下鼓风型。

　　1.1.3.1上抽风型

　　这是一种简易型强排机，它是在自然排气烟道式的烟道部位添加一套排风机构，所以普通烟道式很容易被改装成强排烟道式，成本增加不多，价格相对来说也比较便宜，但它能符合国家标准对强排机的要求，因此是一款很有市场的机型。

　　1.1.3.2下鼓风型（烟道式/平衡式），又称恒温式

　　下鼓风型的燃烧系统是一个密闭系统，技术含量比较高。所谓下 鼓风就是风机装在燃烧器下部，燃烧所需的辅助空气，由风机的吸气口吸入，通过燃烧器、热交换器、排烟口排出废气。除了吸气口和排气口，整个系统的其它部位都是密封的。下鼓风式燃烧可以认为是半预混式燃烧，是一种高效燃烧方式，所以它能把燃烧器的体积缩小，进而制造出“超薄型”机器，机器的厚度可控制在100-130mm之间（普通机器厚度为170-250mm之间）。

　　1.1.3.3恒温型热水器

　　下鼓风型往往升级为恒温型热水器。恒温型热水器是为了改善普通热水器运行时受水压影响，出水流量忽大忽小造成出水温度忽高忽低大幅度变化的缺陷。恒温型燃气控制阀采用燃气比例阀，通过相当复杂的电子程序控制电路，根据水流量大小改变燃气阀通量大小（也就是火势的大小）能在1秒之内将出水变化温度调整到设定温度，温差±1℃。

　　燃气快速热水器由于可以连续供应热水，热水产率从5-24升/分形成系列。由于体积小，对安装的条件要求不高，成为燃气用户的首选热水器。随着技术发展，这类热水器的安全性已经很可靠。高档的“恒温型”机器能1秒之内把变化的水温调整到设定的温度，温差±1℃，可使淋浴者感觉不到水温忽冷忽热的变化。

　　高档的恒温型还增加水流恒定系统，使机器的运行状态非常稳定。低档恒温型的燃气控制阀有选用蝶阀或转子阀的。温度调整的速度和精度相对较差。恒温型燃气热水器价格多数在2000元以上，但优越的使用性能很有吸引力，成为大多数热水器用户的升级换代产品。

　　1.2壁挂两用炉

　　壁挂两用炉因其具有供暖、供热水双重功能，安装形式通常采取壁挂式而得名。相对快速热水器而言，壁挂炉的体积略大些，因为它多了“膨胀水箱”“水泵”等必不可少的、体积较大的零部件。

　　1.2.1普通两用炉（俗称Combi炉）

　　常用的两用炉功率在18-34KW之间，可供暖面积是60-300m2，热水产率相当于10-18升快速热水器。两用炉在国内的用户并不多，因为售价偏高，简易型的也要5000-6000元，档次略高的大多数在万元以上，取暖系统工程量大，工程费用少则万元，多则三四万元。另外用户的采暖观念，南方习惯于空调、电取暖器，北方习惯于集体供暖。“单户独立燃气供暖系统”对绝大多数用户来说，还是个很陌生的概念。尽管许多业内人士都认为这是个潜在的巨大市场，但绝大多数专业厂商在经过市场探索后都采取非常谨慎的态度，不敢贸然投入。现在的销售市场基本上局限于少数房产商的配套装修出售的商品房上。

　　就燃气快速热水器体系而言，两用炉的技术体系已走向尖端，“平衡式”、“强排式”、“恒温式”是两用炉普遍采用的技术。高档的两用炉设有“烟气冷凝系统”，把烟气所含的热量回收到系统加热上，排烟温度能低于气温，热效率＞100%，排出的烟气很清洁（NOX＜200ppm）。当然这类机器价格是很昂贵的。

　　1.2.2壁挂两用炉+储水箱

　　通过并联、串联等连接方式组成一个供热系统，这种系统供水量大，可以几个水龙头同时使用，也可以用于扩大供暖面积。这类热水器在欧美已经很流行，属于高档热水器，是家庭供暖，供热水中心资源。

　　1.3 容积式燃气热水器（单纯供热水 / 供热水、取暖两用）

　　这是诞生最早的热水器，早期的热水器储水箱不密闭，有孔与大气相通，以释放被水加热后体积膨胀所产生的压力，但这种形式会降低热效率，已逐步被淘汰，退出市场。如今市场上的产品，储水箱都是密封的，归类为低压容器。

　　从使用功能分，容积式也可分为单纯供热水、供热水/供暖两用型。二用型是在水箱里增加密闭的紫铜弯管水循环系统。生活用水与采暖用水隔开，弯管内是采暖用水。通过外部供暖系统的水泵，使弯管内的水形成循环回路。

　　从排气方式来分，容积式热水器同样可分为自然排气式和强制排气式。

　　自然排气式：是燃烧所产生的热废气，通过自身的浮力，从烟道排放到室外，如果防倒风措施到位，这种排气方法也是安全的。

　　强制排气式：是在机器的烟道口增加风机，通过有风机的排烟系统，将废气强制排到室外，安全性比较高。

　　容积式单机可用于居民用户，但它经过模块化组合完全可适用于中小型宾馆之类的工商业单位，它是低压容器，操作不需要有资格证书的司炉工。通过电路控制，完全可以实现自动化运行，这个市场是存在的，但是太分散，不容易形成批量。

　　2.电热水器

　　电热水器相对原理简单，结构也不复杂。可分为二种基本类型：即热式、容积式。

　　2.1即热式

　　第一代“膜式”快速电热水器是80年代初先上市场的，但因为安全性能差、机械结构不可靠、3KW的耗电功率不适合当时的家庭实际用电、单位时间出水量太小（相当2升的燃气快速热水器）等原因，满足不了日常使用要求，很快被禁止生产，退出市场。

　　现在的快速电热水器，虽然制造技术上已趋于完善，但4-8KW的功率对家庭电网来说仍然不太合适，热水产率相当于2-5升燃气快速热水器，特别是不能用于冬天洗淋浴。所以产品虽然上市却表现一般，目前国内生产的产品也主要用来出口。

　　2.2容积式

　　2.2.1 简介

　　容积式电热水器的制造技术已经完全成熟，各种技术性能也能适合用户要求。这种热水器安装方便，体积虽比燃气快速热水器大得多，电热水器出水流量、温度都很稳定。多数居民家庭总还能找出块地方来置放，对没有燃气管路的居民户来说是首选热水器。

　　所以在市场份额上已和燃气快速热水器平分秋色。容积式电热水器不能连续供热水，这也是容积式热水器的使用局限性。

　　10升左右的小热水器主要用于厨房和卫生间洗碗和洗手之用。40升至100升的热水器主要作为家庭洗浴用途。大容积电热水器，主要销往别墅，或者多台连用作为洗浴中心。

　　2.2.2 容积式内胆防腐和搪瓷

　　根据有关市场调查，目前中国热水器市场上不锈钢内胆和搪瓷内胆两种类型，未来的趋势倾向于搪瓷内胆。由于搪瓷内胆热水器通过配置镁牺牲阳极对内胆进行阴极保护，从而具有低成本、高质量的良好使用性能及寿命，因此赢得越来越多的市场，表现出强劲的发展势头。中国生产的配装镁阳极保护的搪瓷内胆热水器的产量，目前保守的估计是年产456 万台左右，并且以很快的速度增长。

　　这种牺牲阳极的阴极保护法，是基于原电池原理。金属在水中的腐蚀是一种电化学过程。由于镁和铁在电化学电势序列中位置的不同，在被保护的容器表面和镁牺牲阳极之间形成了电池效应。在此过程中，Mg被牺牲，变成了Mg+2。总之，阴极防护的原理是在Mg溶解成的同时，产生了一个朝容器表面流动的直流电。

　　“搪瓷”是一种能强力熔凝于金属表面上的玻璃状无机物涂层。与此定义不同的是，通常意义的“玻璃”是指一种由二氧化硅和碱性氧化物组成的独立材料。搪瓷是一种不定形结构的硅酸盐玻璃质。

　　2.2.3 容积式电热水器的控制方式：

　　不调温的机械控制：把双金属片做成碟形，利用当温度升高，达到设定温度时，双金属片中心可以瞬时间翻转，当温度下降，又能恢复原位置的特性，做成把温度转换成机械运动的元件。利用这种原理实现电路的通断，从而控制加热时间。

　　可调温的机械控制：其结构由毛细管、感温包、微动开关等组成一个密封的感应系统。毛细管充满航空煤油。当水温上升至调定的温度时，毛细管液体膨胀，把开关触点断开；反之开关触点接通。以此反复动作，从而达到控制房间温度的目的。

　　电子式控制：主要通过NTC（负温度系数电阻）采集水温，根据用户的温度设定，微处理器进行判断。如果水温低于设定值，继电器一直吸合，加热管一直工作。如果水温达到了温度设定即输出信号使继电器开路，从而使加热管停止工作。至于现在市场上出现的种类繁多、功能各异的微电脑控制器，其原理均基于此。

　　2.2.4 容积式热水器的安全性能

　　1）温度控制  根据控制方式的不同，控制原理不尽相同（具体见2.2.3）。但目的都是为了控制热水的出水温度。

　　2）限温控制  封闭容积热水器必须配置一个限温器，其限温参数一般为92℃。保证在热水器的温控系统出现故障或者温控系统配置不良时，热水器的最高温度不超过98℃。限温器动作后，热水器电源切断，待热水器温度下降后，需要专业维修人员打开机器手动恢复按钮。

　　3）超温报警  有的电子或者电脑控制方式的热水器，即采用了微处理器的控制系统，在软件设计时，有的品牌热水器会增加一个软件超温报警功能。即当热水器的温度超过了设定温度（该温度是出厂设定的，用户不能更改）时，控制系统会出现蜂鸣报警，提醒用户及时停电或者报修。

　　4）安全泄压法  封闭容积式热水器都会有个泄压阀，其额定压力一般大于6Kg-8Kg。当内胆的压力大于泄压阀的额定压力时，泄压阀动作，释放压力。

　　大容积热水器（一般为150L至450L）一般配置T/P阀，即温度/压力阀。即保证内胆的温度不超过98℃，压力不超过设定的额定压力。

　　3.太阳能热水器

　　太阳能热水器经历板式——集热器式，制造技术也已趋于成熟，并且使用的是非人工能源，不需支付能源费用，正受到越来越多有安装条件的用户青睐。

　　将太阳能热水器+电或燃气热水器+储水桶配套组合，形成供热中心，可以大大降低运行费用，虽然初次投资较大，但使用二、三年下来，节省的电费或煤气费可以抵消初装费，收回投资。这样的系统已经在一些别墅小区得到应用。

　　太阳能热水器安装需日照充足。3-5m2的安放处，使它的市场适应面受到极大的限制，这种热水器运行状态受气候影响极大。如果作为单一热水源，那是达不到理想的使用要求的。但是不需运行成本，不会造成任何安全事故，这是太阳能最大的优点。有条件把它和电或燃气热水器组合使用，那将是一套理想的热水源。

　　第二部分：使用成本计算

　　1. 基本常识

　　1.1 电和燃气的热含量

　　1W＝1J/s    1cal＝4.1868J

　　1.2人工煤气 以最常见5R气为例，1m3 低热值通常在3500Kcal左右，(各城市煤气组分不同，热值会有高低)则：3500×4.1868÷3600(s)＝4.07KW/h，燃气热水器的热效率为80%～85%，取83%计算，4.07×0.83＝3.38KW/h。也就是1m3煤气产生的热量是1度电（KW/h）的3倍以上。比较1度电和1m3 煤气的费用，即可得出运行费用的高低。

　　1.3天然气 天然气最常用的是12T，低热值在12100～12700Kcal/m3之间。用12300Kcal来计算，12300×4.1868÷3600×83%＝12.16KW/h。

　　1.4液化气

　　一般居民用的是民用级20y液化气，质量较差，低热值25000Kcal/m3左右。燃气组分比较复杂，为计算方便，姑且以C3H8 50%，C4H10 50%作为燃气组分来计算：C3H8 密度为2.0102Kg/N·m3，C4H10密度为2.7030Kg/N·m3。

　　2.0102×50%＋2.7030×50%＝2.3566 Kg/N·m3。

　　1Kg＝1÷2.3566＝0.42434m3，

　　0.42434×25000×4.1868÷3600×83%＝10.24KW/h。

　　即每公斤液化气可产生10KW/h左右的热量。

　　上述三种气源热值的比较：

　　■ 1m3 5R气＝3 KW/h

　　■ 1m3 12T气＝12KW/h

　　■ 1Kg 20Y气＝10KW/h

　　2.容积式电热水器

　　基本参数

　　■ 容积60升，功率1.5KW，一般热水器可加热至80℃。热水出水量按80%计算。

　　■ 用户使用水温为40℃，流量7升/分，冷水温度为15℃。

　　用水习惯：

　　■ 淋浴时，水长流用水量是95升，冲湿后抹肥皂，再打开水龙头清洗，最少用水量是34升，平均用水50升。

　　■ 盆浴洗澡，满盆用水量是132升，如果1/2满，用水量是61升，冲洗需要25升，共计86升。

　　计算过程（公式略）：

　　1）加热时间：需要3小时。

　　2）40℃混水量：110升。

　　3）假设洗澡时间30分钟，在此期间内，可继续加热40℃热水：30升。

　　4）共计40℃热水量：110+30=140升

　　5）可以满足使用情况：

　　■ 如果用户淋浴：按每人平均50升计算，可以供2.8人使用。

　　■ 如果用户盆浴：按每人平均86升计算，可以供1.6人使用。

　　6）耗电情况

　　■ 加热一桶60升水，需要4.5千瓦时（度）电量。

　　■ 80L热水器维持一天需要1.1-1.9千瓦时(度)。因此建议用户如果不是天天洗浴，尽量关闭热水器电源，这也是节约能源的一种好的方法。

　　评估每人每天的热水用量，用以上方法计算，可以定量估计一个家庭应该购置什么容量的电热水器。

　　3.燃气快速热水器

　　取与电热水器相同的使用条件，即

　　■ 出水温为40℃，流量7升/分，冷水温度为15℃。

　　■ 淋浴时，平均用水50升。

　　■ 盆浴洗澡，平均用水86升。

　　假定使用1升规格的燃气快速热水器（10L的定义为：假定进水温度为T，出水温度为T+25℃，每分钟出水量为10升，即10升热水器。）

　　对于同一台（或者同一规格）机器而言，出水温度升高，出水量减少；温度降低、出水量增加。

　　1）淋浴和盆浴需要的热量：

　　■ 淋浴需要的热量：50L×25℃×4.1868=5233.5KJ

　　■ 盆浴需要的热量：86L×25℃×4.1868=9001.62KJ

　　2）对于5R气来讲：

　　■ 淋浴用气量：5233.5/（3×3600）=0.4845m3

　　■ 盆浴用气量：9001.62/（3×3600）=0.833m3

　　3）对于12T气来讲：

　　■ 淋浴用气量：5233.5/（12×3600）=0.121m3

　　■ 盆浴用气量：9001.62/（12×3600）=0.208m3

　　4）对于20Y气来讲：

　　■ 淋浴用气量：5233.5/（10×3600）=0.145m3

　　■ 盆浴用气量：9001.62/（10×3600）=0.25m3

　　5）与耗电量比较

　　■ 淋浴用电量：5233.5/（3600）=1.454 千瓦时

　　■ 盆浴用电量：9001.62/（3600）=2.5千瓦时

　　从运行成本看，太阳能热水器是不需要花费成本或者少量的辅助电加热。

　　综上述：可以认为燃气的运行费用比用电低，而太阳的运行成本最低。但是，从现在的市场价格来看，太阳能的热水器价格最高，快速燃气热水器价格居中，而容积式电热水器的比较低。

　　（责编 蒋士桦）