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安全和節能是電熱水器產品最基本的兩大功能，隨著國家和行業相關標準的頒布實施，行業內各大廠商對安全和節能日益重視，現階段的電熱水器產品已能夠較好地滿足用戶這方面的需求。同時，隨著消費升級，熱水器市場的消費方向也由普及型消費逐步轉變為健康舒適型消費，熱水器行業升級的主要方向轉變為智能、健康[1,2]。

長期以來，水垢一直是影響儲水式電熱水器使用壽命的重要因素之一，結垢會大大縮短電加熱管的使用壽命，同時也影響了人們的洗浴體驗和用水健康。由于電熱水器使用的生活用水普遍取自于地下水或是湖水、河水等露天自然水，其中溶解有大量的鈣離子、鎂離子、氯離子等無機鹽離子。在儲水式電熱水器工作的過程中，這些無機鹽離子尤其是鈣離子，經過加熱后溶解度會大大降低，最終會在電熱水器的內膽內壁和電加熱管表面形成大量無法溶解的水垢。若水垢積累過多，除了影響內膽的水質外，還會導致電加熱管局部過熱，造成爆管、漏電等隱患，威脅到用戶的使用安全。

1、常見的養護方法

為了避免上述情況，為用戶提供更好的洗浴體驗，電熱水器需要按時進行保養，常用的方法有以下兩種：

（1）定期清洗內膽

通過設計內部的機械結構，定期人為操作或是自動操作來對電熱水器的內膽進行沖洗，原理是通過水流對內膽內壁附著的水垢進行沖擊，使其脫落并排放出內膽。這種方案依賴人為或機器對水質和結垢程度的跟蹤判斷，并根據結垢程度及時清洗內膽和電熱管方可奏效。

（2）水軟化預處理

通過外接或內置軟水裝置，對進入電熱水器內膽的水進行軟化處理，減少水中存在的鈣、鎂離子，使得水垢量大大降低。該種方法需要定期對軟水模塊進行更換，使用成本相對較高。由于我國各地區的水質差異較大以及每個用戶家庭對電熱水器的使用習慣不同，在實際保養過程中電熱水器的結水垢情況存在很大差異。消費者不具備專業的能力，無法判斷自家電熱水器何時該進行內膽清潔保養，導致電熱水器的內膽清潔保養很難做到及時有效，極易造成保養過度或欠缺。本文將對影響電熱水器水垢生成速率的幾個因素進行分析，從而幫助用戶更好地判斷家中電熱水器的健康狀態，并引導用戶形成正確的使用習慣。

2、影響內膽水垢生成速度的因素分析

2.1 水溫對內膽中水垢生成速度的影響

水垢按照物理性質可分為硬垢和軟垢兩類。硬垢是水中膠體、細菌以及有機物等含有粘性物質和碳酸鹽在高溫的情況下相互作用形成的。這類水垢容易像水泥一樣粘在容器內壁上，比較難清除。而軟垢多為水中含有鈣、鎂離子的碳酸鹽析出沉淀，由于質地疏松、易于脫落，非常容易除去。

通過分析我司售后維保信息，儲水式電熱水器的常年設置溫度不超過50℃時，內膽的內壁僅有微小結垢。而水溫經常設定超過55℃時，內膽的內壁和電加熱管的表面結垢會變得非常嚴重。這是因為高溫導致水中的碳酸氫鈣(Ca(HCO3)2)和碳酸氫鎂(Mg(HCO3)2)等微溶性鹽類發生分解，形成難溶于水的碳酸鈣(CaCO3)、氫氧化鎂(Mg(OH)2)和碳酸鎂(MgCO3)沉淀[3]。

Kern和Seaton最早針對強制對流傳熱系統進行研究并提出——在大部分的污垢模型中，結垢是污垢的堆積和脫除同時作用的結果，即結垢速率[4]為：

式中：

——為質量沉積速率；

——為質量脫出速率；

——為垢層密度；

——為污垢導熱系數；

——為污垢熱阻值。

儲水式電熱水器作為強制對流傳熱系統的一種換熱設備，其內部水垢生成速率規律與上述公式理論介紹規律相類似。從公式中看出，總結垢速率與垢層密度值和污垢導熱系數值的相關性較大，即內膽中水垢生成速率與內膽中的水質硬度和水質溫度相關性較大，可通過實驗來研究這兩個因素對電熱水器結垢速率的影響。

分析內膽中水溫對結垢速率的影響，實驗通過設定相應的系統壓力來控制沸騰時研究溶液的沸騰溫度Tb，并控制其余變量值不變，對不同溫度溶液的污垢熱阻Rf進行測算，根據公式（1）可計算出溶液的結垢速率。該實驗控制所研究溶液溫度Tb為50℃、60℃、90℃，所研究溶液溫度對污垢熱阻的影響圖如圖1所示。

圖1 溶液溫度對污垢熱阻的影響

由圖1可以看出，沸騰初期，不同沸騰溫度的溶液在污垢熱阻值上并無太大區別，隨著加熱時間t的變長，在相同的沸騰時間內，溫度高的實驗溶液有著更高的污垢熱阻值，溶液主體溫度對于污垢熱阻的影響極其顯著，即在相同沸騰時間內，溶液主體溫度更高的溶液擁有著更高的結垢速率。

溶液溫度對結垢速率的影響圖如圖2所示，從圖2中可以看出，由于溶液溫度Tb的升高增加了溶液的過飽和度，溶液的結垢率隨溫度的升高而增大。同時，在溫度超過55℃之后，結垢速率變化幅度較大，在60℃之后則保持比較穩定的結垢速率變化幅度。

圖2 溶液溫度對結垢速率的影響

因此，對于儲水式電熱水器而言，當用戶設定溫度超過55℃的時間超過一定限度時，內膽內生成水垢的速率會增加，隨著使用時間的增長會在內膽內產生大量水垢。由此可見水溫對內膽內水垢生成速率的影響較為明顯。

一般而言，電熱水器程序設定的加熱溫區為35℃～75℃。中溫狀態是指加熱溫度設定為40℃的工作狀態，在不需要大量使用熱水的情況下，可以將電熱水器設置成此狀態。該狀態不僅能有效減緩水垢的形成，而且最節能。尤其在夏季節能效果更明顯，加熱水溫跟外界的溫度溫差較小，保溫時間會相應變長。再者由于夏季自來水的溫度較高，加熱到中溫狀態的時間短，可以有效節約用電。

2.2 水質對內膽中水垢生成速度的影響

水垢生成的原理是水垢形成離子的溶液出現過飽和在溶液中析出生成水垢沉淀。當溶液溫度一定時，溶液內相關離子濃度越大，污垢的沉積速率也會增大，水垢生成的越多。因此，水質在一定程度上也會影響儲水式電熱水器內膽內水垢的生成速率。

溶液主體濃度對污垢熱阻的影響圖如圖3所示。圖3中溶液的溫度Tb控制在50℃，對加熱狀態下的不同濃度溶液的污垢熱阻進行研究，發現在實驗參數范圍內，隨著溶液濃度的增大，在經過相同的加熱時間后高濃度溶液的污垢熱阻也隨之變高，即溶液的結垢速率隨著溶液濃度的增加而增加。

圖3 溶液主體濃度對污垢熱阻的影響

由此可得，自來水的水質也會影響到電熱水器的使用壽命和用戶體驗。目前市面上的一些電熱水器盡管也有保養提示功能，但實際情況是電熱水器在出廠時就設定好維修提醒時間，通常默許為24個月，當達到保養提醒時間時，顯示板將會出現“保養”文字來提示用戶該對電熱水器進行保養。然而有些用戶所在地區的水質較差，使用時間尚未達到24個月，該內膽就已經達到需要保養的程度，而此時電熱水器卻沒有出現“保養”提示，在這種情況下將加速內膽的腐蝕程度和電加熱管的結垢，縮短內膽和電加熱器的使用壽命，并影響使用者的健康。

還有一部分電熱水器沒有“保養”提示功能，用戶也沒有意識為電熱水器內膽做清潔，這部分電熱水器從一開始使用到報廢都沒有做過任何清潔，使用壽命大大縮短，同時也影響使用者的身體健康。

我司的部分售后維保信息記錄如表1所示，從表中可以看出，不同水質的地區，內膽清洗的周期也不盡相同。水質越差的地區內膽需要清洗的時間越短，水質較好的地區清洗的周期相應延長。

3、結論

影響電熱水器內膽和電加熱管結垢的主要因素是水溫，水溫越高，內膽結垢速率越快。水溫保持在55℃以上的時間越長，則內膽內壁和電加熱管表面附著的水垢量就越大、越難清除，建議用戶平常使用電熱水器時將溫度設置為“中溫狀態”。

此外，自來水的水質也會影響結垢速率，鈣、鎂等離子濃度越高，則結垢速率越快。用戶可以根據TDS值判斷所在地區的水質情況，從而對家中的電熱水器制定一個合理的清洗計劃。電熱水器的智能保養是基于大量的售后數據、實驗數據分析搭建的，因此電熱水器廠家應收集記錄更完善的用戶信息，為推出下一代智能保養型產品打好基礎。

本文作者

青島經濟技術開發區海爾熱水器有限公司 隋超 管江勇 劉洋 師寧寧 蔡想周 

參考文獻

[1] 侯婷婷. 回顧2017: 家電行業的這七個明顯趨勢[J]. 家用電器,2018(01):90-91.

[2] 董瑋利, 李玉祥, 宋尚義, 等. 家電產品綠色設計技術的研究與應用[J]. 家電科技,2018(04):44-46.

[3] 李廣兵, 方健, 徐敬, 等. 水垢成垢誘導期機理研究[J]. 同濟大學學報,2000,28(05):555-559.

[4] Kern. D. Q., Seaton. R. E., A Theoretical Analysis of Thermal SurfaceFouling[J]. Chemical Engineering Progress,1959,4:258-262.

來源：《家電科技》2020年第五期