安全和节能是电热水器产品最基本的两大功能，随着国家和行业相关标准的颁布实施，行业内各大厂商对安全和节能日益重视，现阶段的电热水器产品已能够较好地满足用户这方面的需求。同时，随着消费升级，热水器市场的消费方向也由普及型消费逐步转变为健康舒适型消费，热水器行业升级的主要方向转变为智能、健康[1,2]。

长期以来，水垢一直是影响储水式电热水器使用寿命的重要因素之一，结垢会大大缩短电加热管的使用寿命，同时也影响了人们的洗浴体验和用水健康。由于电热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，其中溶解有大量的钙离子、镁离子、氯离子等无机盐离子。在储水式电热水器工作的过程中，这些无机盐离子尤其是钙离子，经过加热后溶解度会大大降低，最终会在电热水器的内胆内壁和电加热管表面形成大量无法溶解的水垢。若水垢积累过多，除了影响内胆的水质外，还会导致电加热管局部过热，造成爆管、漏电等隐患，威胁到用户的使用安全。

1、常见的养护方法

为了避免上述情况，为用户提供更好的洗浴体验，电热水器需要按时进行保养，常用的方法有以下两种：

（1）定期清洗内胆

通过设计内部的机械结构，定期人为操作或是自动操作来对电热水器的内胆进行冲洗，原理是通过水流对内胆内壁附着的水垢进行冲击，使其脱落并排放出内胆。这种方案依赖人为或机器对水质和结垢程度的跟踪判断，并根据结垢程度及时清洗内胆和电热管方可奏效。

（2）水软化预处理

通过外接或内置软水装置，对进入电热水器内胆的水进行软化处理，减少水中存在的钙、镁离子，使得水垢量大大降低。该种方法需要定期对软水模块进行更换，使用成本相对较高。由于我国各地区的水质差异较大以及每个用户家庭对电热水器的使用习惯不同，在实际保养过程中电热水器的结水垢情况存在很大差异。消费者不具备专业的能力，无法判断自家电热水器何时该进行内胆清洁保养，导致电热水器的内胆清洁保养很难做到及时有效，极易造成保养过度或欠缺。本文将对影响电热水器水垢生成速率的几个因素进行分析，从而帮助用户更好地判断家中电热水器的健康状态，并引导用户形成正确的使用习惯。

2、影响内胆水垢生成速度的因素分析

2.1 水温对内胆中水垢生成速度的影响

水垢按照物理性质可分为硬垢和软垢两类。硬垢是水中胶体、细菌以及有机物等含有粘性物质和碳酸盐在高温的情况下相互作用形成的。这类水垢容易像水泥一样粘在容器内壁上，比较难清除。而软垢多为水中含有钙、镁离子的碳酸盐析出沉淀，由于质地疏松、易于脱落，非常容易除去。

通过分析我司售后维保信息，储水式电热水器的常年设置温度不超过50℃时，内胆的内壁仅有微小结垢。而水温经常设定超过55℃时，内胆的内壁和电加热管的表面结垢会变得非常严重。这是因为高温导致水中的碳酸氢钙(Ca(HCO3)2)和碳酸氢镁(Mg(HCO3)2)等微溶性盐类发生分解，形成难溶于水的碳酸钙(CaCO3)、氢氧化镁(Mg(OH)2)和碳酸镁(MgCO3)沉淀[3]。

Kern和Seaton最早针对强制对流传热系统进行研究并提出——在大部分的污垢模型中，结垢是污垢的堆积和脱除同时作用的结果，即结垢速率[4]为：

式中：

——为质量沉积速率；

——为质量脱出速率；

——为垢层密度；

——为污垢导热系数；

——为污垢热阻值。

储水式电热水器作为强制对流传热系统的一种换热设备，其内部水垢生成速率规律与上述公式理论介绍规律相类似。从公式中看出，总结垢速率与垢层密度值和污垢导热系数值的相关性较大，即内胆中水垢生成速率与内胆中的水质硬度和水质温度相关性较大，可通过实验来研究这两个因素对电热水器结垢速率的影响。

分析内胆中水温对结垢速率的影响，实验通过设定相应的系统压力来控制沸腾时研究溶液的沸腾温度Tb，并控制其余变量值不变，对不同温度溶液的污垢热阻Rf进行测算，根据公式（1）可计算出溶液的结垢速率。该实验控制所研究溶液温度Tb为50℃、60℃、90℃，所研究溶液温度对污垢热阻的影响图如图1所示。

图1 溶液温度对污垢热阻的影响

由图1可以看出，沸腾初期，不同沸腾温度的溶液在污垢热阻值上并无太大区别，随着加热时间t的变长，在相同的沸腾时间内，温度高的实验溶液有着更高的污垢热阻值，溶液主体温度对于污垢热阻的影响极其显著，即在相同沸腾时间内，溶液主体温度更高的溶液拥有着更高的结垢速率。

溶液温度对结垢速率的影响图如图2所示，从图2中可以看出，由于溶液温度Tb的升高增加了溶液的过饱和度，溶液的结垢率随温度的升高而增大。同时，在温度超过55℃之后，结垢速率变化幅度较大，在60℃之后则保持比较稳定的结垢速率变化幅度。

图2 溶液温度对结垢速率的影响

因此，对于储水式电热水器而言，当用户设定温度超过55℃的时间超过一定限度时，内胆内生成水垢的速率会增加，随着使用时间的增长会在内胆内产生大量水垢。由此可见水温对内胆内水垢生成速率的影响较为明显。

一般而言，电热水器程序设定的加热温区为35℃～75℃。中温状态是指加热温度设定为40℃的工作状态，在不需要大量使用热水的情况下，可以将电热水器设置成此状态。该状态不仅能有效减缓水垢的形成，而且最节能。尤其在夏季节能效果更明显，加热水温跟外界的温度温差较小，保温时间会相应变长。再者由于夏季自来水的温度较高，加热到中温状态的时间短，可以有效节约用电。

2.2 水质对内胆中水垢生成速度的影响

水垢生成的原理是水垢形成离子的溶液出现过饱和在溶液中析出生成水垢沉淀。当溶液温度一定时，溶液内相关离子浓度越大，污垢的沉积速率也会增大，水垢生成的越多。因此，水质在一定程度上也会影响储水式电热水器内胆内水垢的生成速率。

溶液主体浓度对污垢热阻的影响图如图3所示。图3中溶液的温度Tb控制在50℃，对加热状态下的不同浓度溶液的污垢热阻进行研究，发现在实验参数范围内，随着溶液浓度的增大，在经过相同的加热时间后高浓度溶液的污垢热阻也随之变高，即溶液的结垢速率随着溶液浓度的增加而增加。

图3 溶液主体浓度对污垢热阻的影响

由此可得，自来水的水质也会影响到电热水器的使用寿命和用户体验。目前市面上的一些电热水器尽管也有保养提示功能，但实际情况是电热水器在出厂时就设定好维修提醒时间，通常默许为24个月，当达到保养提醒时间时，显示板将会出现“保养”文字来提示用户该对电热水器进行保养。然而有些用户所在地区的水质较差，使用时间尚未达到24个月，该内胆就已经达到需要保养的程度，而此时电热水器却没有出现“保养”提示，在这种情况下将加速内胆的腐蚀程度和电加热管的结垢，缩短内胆和电加热器的使用寿命，并影响使用者的健康。

还有一部分电热水器没有“保养”提示功能，用户也没有意识为电热水器内胆做清洁，这部分电热水器从一开始使用到报废都没有做过任何清洁，使用寿命大大缩短，同时也影响使用者的身体健康。

我司的部分售后维保信息记录如表1所示，从表中可以看出，不同水质的地区，内胆清洗的周期也不尽相同。水质越差的地区内胆需要清洗的时间越短，水质较好的地区清洗的周期相应延长。

3、结论

影响电热水器内胆和电加热管结垢的主要因素是水温，水温越高，内胆结垢速率越快。水温保持在55℃以上的时间越长，则内胆内壁和电加热管表面附着的水垢量就越大、越难清除，建议用户平常使用电热水器时将温度设置为“中温状态”。

此外，自来水的水质也会影响结垢速率，钙、镁等离子浓度越高，则结垢速率越快。用户可以根据TDS值判断所在地区的水质情况，从而对家中的电热水器制定一个合理的清洗计划。电热水器的智能保养是基于大量的售后数据、实验数据分析搭建的，因此电热水器厂家应收集记录更完善的用户信息，为推出下一代智能保养型产品打好基础。

本文作者

青岛经济技术开发区海尔热水器有限公司 隋超 管江勇 刘洋 师宁宁 蔡想周 

参考文献

[1] 侯婷婷. 回顾2017: 家电行业的这七个明显趋势[J]. 家用电器,2018(01):90-91.

[2] 董玮利, 李玉祥, 宋尚义, 等. 家电产品绿色设计技术的研究与应用[J]. 家电科技,2018(04):44-46.

[3] 李广兵, 方健, 徐敬, 等. 水垢成垢诱导期机理研究[J]. 同济大学学报,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.

来源：《家电科技》2020年第五期