在如今众多水加热器类型中，传统的储水式电热水器仍然是最受欢迎的选择。这些热水储存设备中，约有一半是燃气驱动，而另一半则是电力驱动。任何一位水管工都会告诉你，电热水器安装起来最简单，但并非每个人都知道当它出现故障时该如何修理。

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在美国，每年大约更换150万个热水器，原因只是因为它们的性能未达预期。这些设备中有多少可以修复，从而延长其使用寿命？在本文中，我们将识别电热水器的主要组件，解释它们如何协同工作为家庭提供热水，并描述如何利用电热水器温控器获得更好的性能。

水加热器元素

电热水器中将电能转换为热能的设备就是加热元件。它基本上是一个电阻。当电流通过该元件时，它会变得极为炽热。由于加热元件浸没在水中，因此它会将热量传递给水，直到水达到特定温度（通常为120华氏度）。

加热元件有不同的形状以提高其性能和寿命，并且根据功率进行尺寸调整。最常见的尺寸为4500瓦，另外还有3500瓦和5500瓦版本。这些尺寸不可互换，但每个热水器的额定标牌中都有说明。

电热水器温控器

上部温控器是大多数热水器的主要控制组件。它控制上部和下部加热元件。温控器本质上是一个温度激活开关。当它感应到水温低于设定值时，它会启动一个加热元件以回应这一“需要加热”的请求。

温控器感应水温的方式非常独特，因为它从未与水直接接触。温控器的背面感应水箱外层的温度。它紧密地压在水箱上并由夹子固定。这种金属与金属的接触通过水箱壳体传导热量，从而将热量从水传递给温控器。水箱的其他部分都被绝缘材料覆盖，除了温控器安装的两个位置。

大多数超过20加仑的电热水器都有两个温控器，感应水箱上下的水温。上部温控器是主控板，始终告诉下部温控器该做什么。

工作顺序

当你早上醒来并开始使用热水时，实际上是从水箱顶部抽取热水。随着热水的配送，加热器同时会注入冷水。由于该水被引导至水箱底部的落水管，所以下部温控器首先感应到温度下降。

它会向上部电热水器温控器发出信号，只要水箱的上半部分仍然保持热量，它将激活下部加热元件。在大多数住宅单位中，加热元件通常是一次性激活一个元素。如果你只使用几加仑的热水，下部温控器就可以单独处理。然而，如果你需要长时间的淋浴或浴室外排队，你可能会消耗掉水箱中的所有热水。

如果上部加热元件有所反应，这种情况是不会发生的。当水箱上半部分的水开始冷却时，上部温控器将接管，以保持排出水的温度，以免让下一个洗澡的人失望。

储存式热水器具有所谓的“首次小时评级”。该评级通常约为水箱储存容量的30%更高。由于一旦感应到温度下降，加热元件便开始供热，因此在一小时内，你可以从一个额定40加仑的水箱中获得超过50加仑的热水。

限制控制、接地和压力释放

每个热水器都包括一些安全设备，以防止你被热水烫伤、电击或因水箱爆炸而受伤。这些压力容器不可轻视，但大多数水管工都毫不畏惧地应对这些挑战。

上部电热水器温控器包括一个高温限制设备，如果感应到温度超过150华氏度，会切断两个加热元件的电源。这种温度会在短时间内烫伤你的皮肤。

电热水器与所有电器一样，内部接线舱内设有设备接地端子。该接地端子为电流提供了低阻抗路径，以防加热器的外壳带电。

释放阀无疑是任何加压加热系统中最重要的安全设备。如果温控器失效而高温限制没有关闭加热器，压力释放阀将防止该设备造成实质性损害。如果它感应到压力超过150 psi或温度超过210华氏度，接近水的沸点，它将打开，允许压力以控制方式释放，而不是爆炸性释放。

所有这些安全设备都应该定期检查，作为常规维护的一部分，以确保加热器的安全和无故障运行。

提高加热器的性能

蒸汽和矿物质（如钙和镁）是效率的大敌。水中的这些未溶解的矿物质，连同可能悬浮在水中的沙子，一直会在每个储水式热水器底部积聚，减少热水储存的能力。

这层沉积物会对燃气和电加热器产生不同的影响。在电加热器中，沉积物会堆积，直到掩埋底部加热元件。这将置换掉通常环绕加热元件的冷水，导致它过热。

家庭主可能未必会注意到加热元件已经失效，只是发现热水器似乎跟不上需求。

水加热器的定期维护

诊断并更换失效的底部加热元件是非常常见的维修，但为了防止再次发生，应该尽可能地冲洗沉积物。定期冲洗沉积物可以预防维修并保持加热器在最高容量下运行。

水管工可能会建议安装沉积过滤器，如果水箱底部存在沙子。如果矿物质迅速积聚，安装水软化器也是一个很好的主意。这些措施将捕获沉积物，并在水箱接触到这些矿物质之前将其清除。

另一个常见问题是，可能被误认为是水箱泄漏的释放阀滴漏。尽管对此有多个原因，但通常是由于阀门本身的问题。一般情况下，只需操作释放阀即可停止滴漏。如果这样做无效并且验证没有过压或高温条件，则只需更换阀门。

修理优先于更换

一些预防性维护可以极大地延长电热水器的使用寿命，维修可以为施工的水管工带来更高的利润。此外，可以避免在废料场和垃圾填埋场产生大量不可回收的废物。要了解更多有关热水器功能及其故障排除和维修的信息，请访问SkillMill的电热水器操作课程。

Frank Garro

Interplay Learning水管及暖通空调专家

Frank是Interplay的水管和暖通空调专家。他在水管行业开始了自己的职业生涯，但对暖通空调的热情使他成为了艾维社区学院的副教授和暖通空调项目主任。Frank是持证的机械、水管和电气承包商，拥有自己的机械服务公司。作为教育工作者，Frank坚定地相信基础教育的重要性，并善于简化复杂的概念。

­­­介绍

该加热系统使用两个热水加热器，有时也被称为锅炉（尽管从技术上讲，锅炉涉及相变为蒸汽），为空气处理单元和换热器提供热水。这些热水加热器属于水管式锅炉，使用天然气燃烧作为热源。每个热水加热器能够产生9.0 MBtu/hr（2.64 MW）的热量，热效率为80%。这两个热水加热器设计在冬季为供热系统提供约180°F（82.2°C）的水。

背景

水管锅炉：

锅炉的目的是将热量从热燃烧气体转移到工作流体（水）。在水管锅炉中，充满水的管道通过燃烧室（或炉膛）。在炉膛底部，有几个天然气燃烧器产生热燃烧气体。此气体经过水管，从而对流体施加热量。

图1. 位于Cooper Square 41号的大楼的水管锅炉。

图2展示了水管锅炉的工作方式。该配置效率不高，因为热气体没有机会将所有热量传递给流体。在Cooper Union的41 Cooper Square大楼中，锅炉是多次通过的类型，燃烧气体在水管上方循环多次。这使得燃烧产生的热量更有效地传递给流体，并因此降低了燃料消耗。（注意：凝结锅炉是可以通过将废气中的水蒸气凝结成液态水来提取更多热量的热水加热器，通常可以达到更高的效率（通常超过90%）。）

强制通风燃烧：

燃烧室内部的燃烧过程也是为了提高效率和减少燃料消耗而受到控制。每个锅炉都装有风机，将空气强制引入燃烧室。由这些风机提供的空气供给速率和喷嘴进料的天然气速率之间的平衡将始终保持最佳的空气对燃料比，这样可产生最大热量，最小化燃料消耗。

控制

在冬季，BMS控制锅炉，以便它们在其标称设定点附近运行，为供热系统提供180°F的水。为了实现这一恒定的设定温度，BMS激活各种阀门、泵和燃烧器，调节主水流的温度和流量。下面的图片是BMS热水系统和BMS锅炉控制面板的截图，调节锅炉的运行。

图3. BMS热水锅炉面板截图，外部空气温度为62°F，相对湿度为61%。

图4. BMS锅炉控制面板截图，外部空气温度为62°F，相对湿度为61%。

锅炉操作顺序*

每个锅炉的水流由单个阀门控制，该阀门要么完全打开，要么完全关闭。BMS大约每15分钟对供水温度和回水温度进行测量。基于这些读数，BMS会做出各种控制决策。

一旦BMS向锅炉发出加热命令，主锅炉将启动。为了保护锅炉的水管，系统会在点燃燃烧器之前确认设定的流量是否正确。如果在水管干燥时点燃燃烧器，水管会因缺乏内部冷却而发生过热、膨胀和开裂。因此，在读取水管的差压以确认适当的流量后，燃烧器便会点燃。

燃烧器的调节旨在维持180°F的标称设定点温度。锅炉控制面板显示，每个锅炉都有两个燃烧器，可以一起或单独点燃，以控制主要水温。如果达到了或超过了180°F的标称设定温度，燃烧器将熄灭，泵将在5分钟后关闭。这一循环使系统内的水温回落至所需范围。

BMS还监控从换热器和空气处理单元返回至锅炉的水温。如果回水温度低于160°F（71°C），则表明主水流未满足加热需求，BMS将启用第二个给水泵（HHWP-2），如图3所示。启动该泵将增加主水回路的流量，因此提高了换热器和空气处理单元中的热转移速率。间接提高热转移率使回流水温升高，从而降低锅炉的加热负荷。在大型加热负载下，回流水温可降至150°F（65.6°C）。当回流水温达到此温度时，BMS将启用建筑物的第二台锅炉。启用第二台锅炉后，两个燃烧器的气流将被调节以维持180°F的供温，同时仅使用一个给水泵。通过这些控制序列及其他序列，确保41 Cooper Square的主热水流温度有效调节。

[1] GMP Set - Cooper Union的新学术大楼 - 水管锅炉。Syska Hennessy Group, New York, NY, , p. -5.

[2] Brain, Marshall. "HowStuffWorks: How Steam Engines Work" HowStuffWorks: Science. N.p., n.d. Web. 23 June. <http://science.howstuffworks.com/transport/engines-equipment/steam2.htm>.

[3] Gruzen Sampton, Sequence of Operation - Cooper Union的新学术大楼，Morphosis Architects, Los Angeles, CA, Rep. , June. p. 15.

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