55l儲水式熱水能效等級的確定

55l儲水式熱水能效等級的確定

許多熱水主要用于儲水熱水。隨著世界的發(fā)展，傳統(tǒng)能源日益減少，能源問題基本上是最微妙的問題之一。節(jié)能是各行業(yè)技術(shù)改進的重要目標之一。因此,只有在電熱水器節(jié)能方面取得突破,才能真正的領(lǐng)先于本行業(yè)的發(fā)展。根據(jù)中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局最新發(fā)布的有關(guān)《儲水式電熱水器能效限定值及能效等級》規(guī)定,該規(guī)定中能效等級5級是能效限定值,為目前市場準入的門檻,兩年后能效限定值的市場準入門檻將提高到4級,低于能效限定值的產(chǎn)品將不能在市場上銷售。而要達到節(jié)能的評價標準,則要求電熱水器的能效等級在2級以上。為了檢驗產(chǎn)品的能效等級,筆者借助ANSYS為平臺,對儲水式電熱水器進行有限元分析,求得電熱水器的能效等級、電熱水器各個部位的熱損失、電熱水器與保溫材料之間的保溫性能比等,從而為電熱水器能效的提高提供參考。1管等組成熱損失某公司生產(chǎn)的55L儲水式電熱水器,其結(jié)構(gòu)如圖1所示,它是由掛壁、內(nèi)膽、保溫層、進出水管及防爆管等組成,材料主要是鐵,其主要熱損失區(qū)域為熱水器筒體、進出水管口和防爆管口處。儲水式電熱水器的設計參數(shù)如下:熱水器內(nèi)水溫75℃保溫層厚度20mm保溫材料的導熱系數(shù)0.054W/(m·K)空氣自然對流換熱系數(shù)10W/(m2·K)材料彈性模量E206GPa泊松比μ0.32儲水式熱電的固有能耗計算電熱水器24h固有能耗系數(shù)ε的計算公式為:ε=QprQ(1)ε=QprQ(1)式中ε——電熱水器24h固有能耗系數(shù);Qpr——電熱水器24h固有能耗,kW·h;Q——電熱水器24h固有能耗基準值,kW·h。國家將電熱水器的能效等級分為5個等級,1級能效最高,各等級對應的電熱水器24h固有能耗系數(shù)和熱水輸出率見表1。由國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局最新發(fā)布的《儲水式電熱水器能效限定值及能效等級》規(guī)定,電熱水器的24h固有能耗基準值的計算方法見表2。按表2中的公式求得55L儲水式電熱水器24h固有能耗基準值Q=0.015×55+0.8=1.625kW·h。通過有限元的計算,得出該電熱水器各個部位散熱量的云圖(圖2～5),圖中數(shù)值的單位為W/m2。根據(jù)有限元的計算結(jié)果,提取電熱水器各個散熱部位表面的散熱量大小,求得該表面散熱量的數(shù)值平均值q,其次通過電熱水器的實際尺寸計算出該散熱面的面積A,從而可以得到該散熱處的熱損耗量Qpr:Qpr=24Aq(2)熱水器筒體面積A1=0.4369m2、封頭面積A2=0.2068m2、筒體單位面積熱損q1=0.09238kW·h、封頭的單位面積熱損q2=0.02875kW·h,則其固有能耗Qpr1=24×(A1q1+A2q2)=1.1114kW·h。為了平衡,熱水器一般有兩個掛壁,掛壁的面積A3=0.00468m2、掛壁的單位面積散熱量q3=0.1823kW·h,則其固有能耗Qpr2=24×A3q3×2=0.0410kW·h。根據(jù)實體的電熱水器得知,進出水管的尺寸相同,在計算散熱量時只需乘上系數(shù)2。其散熱面積A4=0.005174m2、單位面積散熱量q4=1.1082kW·h,則其固有能耗Qpr3=24×A4q4×2=0.2752kW·h。防爆管處的散熱面積為A5=0.00456m2、單位面積的散熱量q5=0.121kW·h,則其固有能耗Qpr4=24×A5q5=0.0132kW·h。根據(jù)上面求出的電熱水器各個部位的固有能耗,由此可得55L儲水式電熱水器24h的固有能耗Qpr=Qpr1+Qpr2+Qpr3+Qpr4=1.4408kW·h。最后可得55L儲水式電熱水器的固有能耗系數(shù):ε=1.44081.625=0.887＜0.9ε=1.44081.625=0.887＜0.9由表1可知,55L儲水式電熱水器的能效等級為4級。各部分能耗占固有能耗基準值的比例見表3。由表3可見,電熱水器的主要損失部件為其筒體,損失熱量超過總損失熱量的三分之二,因而可通過對電熱水器的筒體進行相關(guān)的優(yōu)化設計改裝就能達到節(jié)能的目的。3保溫層厚度與知識復合材料厚度的關(guān)系從單位面積筒體散熱量的理論公式q=λsΔtbq=λsΔtb可以看出,保溫層的厚度越厚,散熱量就越小,能效等級就越高;保溫層材料的導熱系數(shù)越小,能效系數(shù)也越高。但事實發(fā)現(xiàn),保溫層的厚度越厚,電熱水器所占的空間越大,本身的造價也越高;要使保溫材料的導熱系數(shù)減小,不僅會遇到技術(shù)上的難題,而且會提高熱水器的生產(chǎn)成本。因此,分析電熱水器的能效等級與保溫材料的之間的關(guān)系能給熱水器的生產(chǎn)制造和使用節(jié)能提供有利的幫助,以期找出一個最優(yōu)點。改變保溫層的厚度與其導熱系數(shù),用有限元其各部分的散熱云圖,計算得到能效等級(圖6、7)。從以上圖、表可以得出,保溫材料對于55L的儲水式電熱水器的保溫經(jīng)濟效果不是越厚越好。隨著保溫材料厚度的增加,其24h的能耗系數(shù)減小得越來越緩慢;在保溫材料為20mm時,該55L電熱水器的能耗系數(shù)很難達到0.7以下,其能效等級也很難達到2級。如要提高電熱水器的能耗等級,在實際生產(chǎn)中只能稍微增加保溫材料的厚度。另外,通過對熱水器的模擬分析和對熱水器生產(chǎn)商部分產(chǎn)品的了解可知,電熱水器的保溫層厚度一般取20～30mm就能取得比較好的效果。4導熱系數(shù)和厚度4.155L儲水式電熱水器如果要達到節(jié)能評價等級的