摘 要：通過理論分析和實(shí)驗(yàn)對(duì)比的方法，對(duì)零冷水燃?xì)鉄崴鞯难h(huán)加熱時(shí)間進(jìn)行研究分析。通過考察不同管路狀態(tài)下水流量的變動(dòng)，計(jì)算出了管路長(zhǎng)度及加熱所需時(shí)間。理論計(jì)算和實(shí)驗(yàn)結(jié)果高度一致，充分驗(yàn)證了理論計(jì)算模型的準(zhǔn)確性和可靠性。實(shí)驗(yàn)測(cè)試和理論分析均表明，在水泵運(yùn)行功率一定的條件下，循環(huán)管路長(zhǎng)度與循環(huán)管路內(nèi)的水流量成反比關(guān)系，意味著管路越長(zhǎng)，水流量就越小。通過主控邏輯可以逆向推算出管路長(zhǎng)度，據(jù)此還可以計(jì)算只預(yù)熱熱水管路所需要的時(shí)間。此外，管路內(nèi)ΔP值的變化也可以作為判斷管路長(zhǎng)度的輔助參考值。

關(guān)鍵詞：燃?xì)鉄崴?；管路長(zhǎng)度識(shí)別；伯努利原理；循環(huán)水流量；云端數(shù)據(jù)庫；控制邏輯優(yōu)化

中圖分類號(hào)：TP273 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2095-1302（2025）05-0-04

0 引 言

目前，零冷水燃?xì)鉄崴靼惭b場(chǎng)景通常有兩種：一種是用戶家里預(yù)留回水管的情況；另一種是用戶家中無預(yù)留回水管，需要借用冷水管作為回水管的情況[1-3]。

在老舊小區(qū)以及一些存量房中，通常未預(yù)留回水管，因此在升級(jí)成零冷水熱水器機(jī)型時(shí)，通常會(huì)將冷水管作為回水管，并在最遠(yuǎn)端的冷熱水閥門之間增設(shè)一個(gè)單向閥[4]。采用將冷水管作為回水管的方案無需對(duì)房屋內(nèi)水管進(jìn)行改造，因此人工和材料成本較低，通常更容易被用戶接受。

然而，采用冷水管作為回水管意味著冷水管成為了循環(huán)管路的一部分。在啟用零冷水功能后，熱水器在循環(huán)加熱過程中，會(huì)將冷水管內(nèi)的水也預(yù)熱成熱水。圖1所示為用戶家中的水循環(huán)管路，循環(huán)路徑為A—B—C—D—E—F—A。其中BC段為熱水管路，DF為冷水管路。若該循環(huán)系統(tǒng)冷水管路段中的E點(diǎn)安裝了凈水機(jī)，由于凈水機(jī)的濾芯RO膜和超濾膜適用溫度通常為5～38 ℃，因此EF段的預(yù)熱熱水可能會(huì)對(duì)凈水機(jī)濾芯的性能和使用壽命造成影響[5]。同時(shí)，DF段冷水管內(nèi)的水被預(yù)熱并非用戶所需，會(huì)導(dǎo)致不必要的燃?xì)庀摹?/p>

針對(duì)上述問題，本文將進(jìn)一步分析導(dǎo)致冷水管內(nèi)水被預(yù)熱的原因，并對(duì)不同管路長(zhǎng)度下循環(huán)水流量的大小以及循環(huán)管路壓力的變化規(guī)律進(jìn)行研究。通過對(duì)管路長(zhǎng)度的預(yù)判，從控制邏輯上尋求解決方案，以避免冷水管路內(nèi)的水被預(yù)熱，降低循環(huán)預(yù)熱時(shí)間，為今后零冷水循環(huán)預(yù)熱控制方法提供理論基礎(chǔ)。

1 理論計(jì)算

1.1 伯努利原理

2 試驗(yàn)裝置及測(cè)試方法

2.1 測(cè)試條件及環(huán)境

室溫為23.8 ℃，進(jìn)水溫度為（20±1）℃，進(jìn)水壓力為0.2 MPa，大氣壓力為100.6 kPa，燃?xì)鉁囟葹?5 ℃，華白數(shù)為45.67 MJ/m3，燃?xì)鈮毫?.0 kPa。

2.2 測(cè)試設(shè)備及機(jī)型

試驗(yàn)選用JSQ31-HD680-16燃?xì)鉄崴髯鳛檠芯繖C(jī)型對(duì)象；測(cè)試設(shè)備選用YS-901E燃?xì)鉄崴?；選用長(zhǎng)度為20～120 m的循環(huán)管路進(jìn)行接入測(cè)試；管道選用4分管。試驗(yàn)系統(tǒng)示意圖如圖2所示。

JSQ31-HD680-16燃?xì)鉄崴髟凇凹礋崮Ｊ健毕碌牧憷渌刂七壿嬋缦耓7-9]：

（1）當(dāng)（設(shè)定溫度 -進(jìn)水溫度）＞5 ℃時(shí)，水泵運(yùn)行；

（2）當(dāng)（設(shè)定溫度 ≤ 進(jìn)水溫度）時(shí)，停止加熱，水泵運(yùn)行30 s后停止；

（3）當(dāng)（出水溫度 -設(shè)定溫度）≥10 ℃時(shí)，停止加熱，水泵運(yùn)行2 min后停止。

“即熱模式”下，設(shè)定溫度最高為45 ℃，即：

（1）當(dāng)進(jìn)水溫度≥40 ℃時(shí)，則不會(huì)啟動(dòng)循環(huán)加熱；

（2）當(dāng)進(jìn)水溫度≥45 ℃時(shí)，停止加熱，水泵運(yùn)行30 s后停止；

（3）當(dāng)出水溫度≥55 ℃時(shí)，停止加熱，水泵運(yùn)行2 min后停止；

（4）當(dāng)一個(gè)循環(huán)加熱運(yùn)行結(jié)束后，需等待3 min，若滿足循環(huán)條件，繼續(xù)進(jìn)行循環(huán)動(dòng)作。

2.3 試驗(yàn)方法

主控選擇設(shè)置水泵轉(zhuǎn)速為2擋，占空比為80%；整機(jī)設(shè)定溫度為42 ℃；切換20 m、40 m、60 m、80 m、100 m、120 m不同長(zhǎng)度的循環(huán)管路，記錄對(duì)應(yīng)的水流量、循環(huán)管路內(nèi)部壓力、循環(huán)加熱時(shí)長(zhǎng)[10]。循環(huán)管路采用常規(guī)4分PPR水管，R=12.7 mm。

2.4 試驗(yàn)結(jié)果

在不同長(zhǎng)度L的循環(huán)管路下，加熱時(shí)間T1、攪拌時(shí)間T2、循環(huán)總時(shí)間T見表1。

2.5 數(shù)據(jù)分析

L-T曲線圖如圖3所示。由圖可知，管路L越長(zhǎng)，循環(huán)總時(shí)間T越長(zhǎng)，兩者之間成正比關(guān)系。隨著管路長(zhǎng)度的增加，T值會(huì)呈現(xiàn)幾何級(jí)的增長(zhǎng)趨勢(shì)。

L-Q-ΔP曲線圖如圖4所示。由圖可知，管路長(zhǎng)度L與水流量Q、壓力差ΔP之間成反比關(guān)系，管路長(zhǎng)度增加，水阻力增大，水流量Q減小，壓力差ΔP減小。管路長(zhǎng)度為20 m、40 m時(shí)，對(duì)應(yīng)的水流量分別是5.21 L/min、4.61 L/min。

3 管路長(zhǎng)度識(shí)別與控制系統(tǒng)優(yōu)化

3.1 控制邏輯優(yōu)化

3.1.1 熱水管路長(zhǎng)度

3.2 優(yōu)化前后循環(huán)時(shí)間對(duì)比

3.2.1 循環(huán)時(shí)間對(duì)比

不同的管路長(zhǎng)度下，“即熱模式”下循環(huán)時(shí)間的對(duì)比結(jié)果見表4。

3.2.2 優(yōu)化前后對(duì)比

優(yōu)化前后循環(huán)時(shí)間的對(duì)比圖如圖5所示。由圖可知，相同管路狀態(tài)下，控制邏輯優(yōu)化的時(shí)間T0相比優(yōu)化前的時(shí)間T明顯縮短。

3.3 優(yōu)化結(jié)果

本次試驗(yàn)借助主控制器的計(jì)算分析，根據(jù)水量伺服器控制開關(guān)閥門的頻率，計(jì)算出流水量均值，將計(jì)算出的流水量均值與云端數(shù)據(jù)庫內(nèi)數(shù)據(jù)相匹配，識(shí)別出熱水管路長(zhǎng)度，并計(jì)算出最優(yōu)循環(huán)加熱時(shí)間；通過將控制開關(guān)閥門的頻率根據(jù)熱水器中的水量變化情況進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整，達(dá)到更好的控制效果。

在保證水泵運(yùn)行狀態(tài)一定的條件下，通過切換不同長(zhǎng)度的循環(huán)管路，得知循環(huán)管路長(zhǎng)度與循環(huán)管路內(nèi)的水流量成反比；循環(huán)管路長(zhǎng)度與循環(huán)管路內(nèi)的壓力差ΔP成反比。

4 結(jié) 語

本文以零冷水燃?xì)鉄崴鳎ㄐ吞?hào)為JSQ31-HD680-16）為研究對(duì)象，在水泵運(yùn)行功率一定的狀態(tài)下，通過理論計(jì)算不同管路狀態(tài)下的水流量、管內(nèi)壓力，將計(jì)算的結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果結(jié)合，并進(jìn)行一系列的論證研究，得到如下結(jié)論：

（1）應(yīng)用理論計(jì)算模型得到的水流量、管內(nèi)壓力變化與試驗(yàn)測(cè)試結(jié)果高度一致，說明該理論計(jì)算模型準(zhǔn)確可靠，該理論模型可為后續(xù)燃?xì)鉄崴鳟a(chǎn)品的開發(fā)提供參考。

（2）通過試驗(yàn)測(cè)試得出，在水泵運(yùn)行功率一定時(shí)，循環(huán)管路長(zhǎng)度與循環(huán)管路內(nèi)的水流量成反比，管路越長(zhǎng)，水流量越小。結(jié)合理論計(jì)算、試驗(yàn)測(cè)試以及管路長(zhǎng)度L與水流量Q的關(guān)系，可以通過主控邏輯逆向推算管路長(zhǎng)度L，并計(jì)算只預(yù)熱熱水管路所需要的時(shí)間T0。

（3）在測(cè)試管內(nèi)壓力時(shí)，管路內(nèi)初始?jí)毫1與循環(huán)預(yù)熱時(shí)管內(nèi)壓力P2形成壓力差ΔP，ΔP與管路長(zhǎng)度L成反比，管路L越長(zhǎng)，對(duì)應(yīng)的ΔP值越小。所以ΔP值的變化也可以作為判斷管路長(zhǎng)度的輔助參考值。

（4）實(shí)際安裝過程中，因用戶安裝條件差異較大，比如管路彎頭數(shù)量、管路直徑、管路變徑等因素，會(huì)給管路長(zhǎng)度的計(jì)算帶來一定偏差，后續(xù)將進(jìn)行更深層次的智能研究計(jì)算，以進(jìn)一步提升計(jì)算的準(zhǔn)確性。

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