简介：Buildera公司通过Onset公司多通道数据记录器UX120-014M测量可监控，并进行科学的计算和分析，得到了困扰用户多年热水供应的原因。

问题总结

能源意识的房主抱怨早上和晚上洗澡时热水不够，尤其是在温暖的月份。然而，在一天中的其他时间，在寒冷的冬季，热水充足接近滚烫的温度超过120ºF.乘员设定恒温制造商推荐的节能设置，安装后保持不变。冲洗热水罐和积淀，未能显著提高热水温度在第一次使用。

取证分析之前，房主怀疑热水器，更换，包括零件和人工修复。为了解决这个谜，buildera进行非侵入性的，对热水系统和温控器使用电池操作滞后四通道温度记录仪的科学分析。协助承包商，业主和物业维修人员，检查人员，挑战热水问题，本应用笔记详细的故障排除方法，实用的技巧，和解决方案。

Key Facts

关键事实

• 热水温度是不一致的，特别是在早上或晚上的第一次使用时

• 在温暖（夏季）的月份里，热水是比较常见的，但通常在寒冷（冬天）月份时更热

• 连续阵雨（在30-120分钟），第二淋浴有充足的热水，而首先淋浴没有
• 每个淋浴间都有独立的热水和冷水阀门，而不是较新的压力平衡或限温的混合阀

• 2500平方英尺的房子建在1994

• 墙壁，天花板，地板，热水管道绝缘在力与加利福尼亚title-24能源标准在施工时
• 热水点的使用包括三个浴室，厨房和洗衣房的水槽

• 加热器是一个12年50加仑的天然气罐加热器与双牺牲阳极

• 在一楼的公用事业壁橱里，一个外部燃烧的空气进进了一个罐

• 在评价时，热水器的年龄大约为9岁

• 罗伯特•SHAW模型r110rtsp温控器设定为120ºF操作温度

• 热水热水器的第一个淋浴器约为15英尺（5米）

• 供水系统为3 / 4“进出口
• 系统包括绝缘1 / 2“铜循环线返回到热水器的底部，而房主此前残疾人节约能源

气体加热水Principles-Practical审查

尽管增加北美做法采用电热水器,天然气和蓄电热水器控制对于大多数独栋,轻型商用车和多单元住宅。操作简单和更高效的设计之间传递能量因子(EF)0.60到0.90以上。为了清楚起见,这个应用程序注意关注传统储气热水器中心烟道,尽管许多安全原则,包括预防烫伤,也属于电气和高效气体模型。

图2显示了一个典型的燃气热水器恒温器运动模拟和连续变量设置拨号,从度假模式热(一些制造商标签高端很热)。在这个刻度范围内,温度变化较低的60 – 80ºF的高150 – 160ºF。箱制造商,EPA(环境保护局),许多市政当局建议的目标设置为能源效率和缓解烫伤120ºF。然而,OSHA,美国管道工程师学会(方面),军团菌和专家建议至少140º水杀死有害细菌[1 – 3]。

减少意外烫伤,控制每月的账单,节能房主把热水器推荐120ºF设置。图3说明了恒温器设置与烫伤健康成年人的时候了。注意,婴儿、儿童和老年人有薄的皮肤或较慢的反应时间,因此更容易受到不可逆转的燃烧,即使在中等温度升高。业主和维修人员必须特别注意烫伤预防等人。例如,成人暴露在140ºF水将经历不可逆转的二或三度烫伤五秒。很明显,水这种热是极其危险的,可能会导致严重伤害弹性的成年人更不用说孩子,残疾人或老年人。

恒温器差控制输出水温

许多业主和不知情的承包商合理假设恒温器设置输出水温的精确的代理。虽然是事实,更高的恒温器设置收益率更高的平均温度,平均温度变化较大时更有意义。

热分化也被称为热stacking-yields热顶部的水槽底部的[4]。有时,温差可高达15到30度。热水的使用坦克,进口供应压力迫使冷水罐底通过内部导管。这个指导冷水接近加热元件的加热效率。热量上升力量更活跃的热水(因此更多的热量)的顶部,而冷却器进水了底部。频繁爆发的热水索要这样一个水龙头打开和关闭几次,或者一台洗衣机cycling-cause顺序侵入的冷水,震惊了恒温器二次加热循环。

因为大多数恒温器测量温度在罐的底部,顶部当水已经在目标温度,这种额外的循环导致热水温度峰值上升甚至高于120ºF恒温器设置。此外,ANSI标准z21.10.1 – 2013允许±10ºF恒温器精度的变化,与现场工程师报告更广泛的范围[5]。在极端的情况下,保障热堆积允许多达30度的温度超过目标温度设置。因此,即使在120ºF名义设置,热水器能够产生比预期的要高温。这种可变性受试者居住者严重和不可预知的烫伤的风险,即使名义120ºF恒温器设置。

洗冷水澡综合症

相反的情况也会发生,恒温器磁滞和备用热损失比预期收益率水温相当冷。与压力炉,气温仍在几度目标温度的设置,热水器恒温器有一个很宽的滞后之间旅行开/关点。这个范围作为宽20 – 30 度损失快速循环和过度的能量损失。这意味着尽管恒温器设置读取120ºF,实际水箱水温可能降至90 – 100ºF经过几个小时的不使用一夜之间气温低的时候。水箱水温将继续衰变直到备用损失导致温度低于低温度跳变点,或者直到突然对热水的需求导致冷水的侵入,信号引发新的加热循环的恒温器。

一个典型的舒适淋浴的使用范围是105 – 110ºF。由于热水器之间的热损失和莲蓬头,沿着管是典型2-5度温度的损失。因此,享受淋浴在108ºF,热水器出口的低可接受的温度应至少110 – 113ºF,假设没有冷水混合。鉴于上述讨论,顺理成章地,即使温度设置为120ºF,莲蓬头的实际水温可能低至90 – 95ºF-well低于可接受的温度满足淋浴。难怪许多消费者抱怨洗冷水澡,结束他们的坦克或恒温器是有缺陷的。

用多通道记录器–取证分析的数据

尽管房主倾向断层热水器,Buildera走近这个调查没有偏见的潜在问题。相反,公正的科学方法使用多通道温度记录器引导所有测量和文档。简单修复的同时,可以提高刻度盘温度,看看发生了什么事,这混淆潜在的因果关系,以及增加意外烫伤。

执行基准温度测量

当Buildera第一次测试水温用沉浸式热电偶(侥幸®80 pk-22或类似)在各种水龙头,热水温度测量在113 – 113ºF,后在预计范围内占加热器和水龙头之间的热损失。为了清除管道内的温水,水可以自由流动,直到温度稳定在大值附近。这表明,当时的基线测量,生产足够的热水的热水器能够满足淋浴。然而,这样的测量不够了解水温变化的负载和一天中不同的需求,更特别,为什么清晨淋浴温度远低于低可接受水平。

考虑温度数据记录

评估整体温度模式,Buildera部署了Extech®SDL200 4-Channel温度计在图4的多通道能力和可移动SD记忆卡,简化数据导出到一个苹果®MacBook Air®。测试进行了为期两天的时间在5月25 – 27日2013使用各种优化k型热电偶测量任务。Buildera 温度记录器渠道分配如下表所示:

通道	热电偶标签/位置	预期范围
1	T[热]热水管出口温度	90º-140ºF
2	T(冷)冷水管入口温度	55º-70ºF
3	T烟道-Outside-flue表面温度	70º-300ºF
4	T(环境)效用衣橱环境空气温度	55º-85ºF

然而,在初始设置和验证,意想不到的温度补偿出现在所有热电偶频道。事后调查发现,就像许多数据记录器和采集系统,SDL200容易受到地面循环在测量热电偶保税制度。这是由于每个测量节点之间的小电压补偿和非隔离输入放大器。真正的微分仪表输入放大器隔离所有其他渠道,包括地面,帮助减少信道干扰和噪音都。

为了说明这一点,k型热电偶的热灵敏度41µV /°C。因此,即使只有100µV电压抵消由于地面电流的差异在一个有限阻抗引起错误的数度温度测量显示。测量热电偶之间的电压差与安捷伦(Keysight)U1273A DMM,几乎所有的测量误差可以看到传感器电压差异相关。虽然热,冷水管道已经粘合在一起,安装一个额外的重测量铜焊线测量点之间略有减少阻抗和抵消错误,但并不足以证明一个实践。

减少测量误差,Buildera 重新安装除了一个热电偶使用薄绝缘层的聚酰亚胺薄膜®聚酰亚胺胶带。这一步电隔离每个热电偶接地和等电位连接的影响。薄带层没有实质性影响的目标表面温度测量精度,并消除所有地面传感器之间的循环。尽管非接地热电偶,热响应时间通常是由于传感器的机械隔离和放缓其住房。

与电脑公司开始合作,随后Builderaβ测试,将未来的实地测量的生产版本开始®HOBO ®ux120 – 014 m四热电偶数据记录器(图5),改进了测量精度,以及大大延长电池寿命适合扩展温度研究持续数周或数月。不管记录器的选择,用户必须总是为接地回路测试错误和电隔离每个测量节点,如果必要的。

热水出口温度Measurement-T[热]

一个Buildera ThermaDur™k型管夹表面热电偶如图6所示安装在3/4“热水出水口铜管,大约1”的热水器。在热电偶管绝缘被安装和重新安装热水出口测量环境温度影响降到低。由于高导热性和快速响应时间的铜管,外管壁温度近似实际的水温,与独立Buildera验证水温测量来自源。

冷水入口温度Measurement-T(冷)

同样,Buildera安装第二个热电偶在3/4“冷水进口铜,大约12”的热水器。被小心地避免安装排气烟道附近的热电偶,这可能严重腐败的温度读数。测量的基本原理冷水供应确认传入的温度是低足以引发足够的冷水侵入后恒温器。

烟道温度Measurement-T(烟道)

Buildera部署侥幸®80 pk-11 k型尼龙搭扣®热电偶在烟道气体方法测量外部烟道温度。热水器上的热电偶放置通风烟道出口上方大约6”。这对恒温器激活测量提供了一个一致的代理。发射后,几乎瞬间烟道表面温度增加,上升到220ºF左右。到达高跳变点,恒温器关闭煤气阀门。烟道温度急剧下降,提供一个可靠指标的恒温器关闸。进行低通滤波和阈值的数据之前的数学导数烟道温度温度变化提供非常准确的标记的一步。相邻峰值之间的时间延迟表示加热循环的持续时间,而随后转化成二进制开/关情节与时间。

环境空气温度Measurement-T(环境)

Buildera坚持k型珠热电偶到附近的墙来测量周围的空气,这是有用的了解壁面影响温控器操作。

测量结果的讨论

• 恒温器4 – 6次/天骑了20到60分钟时间周期
• 环境空气温度在储藏室不同从60º-71ºF
• 期后停用,如五小时以上,热水温度衰减大约3º97ºF /小时-2.6º-103ºF度处的小阈值触发自动调温器在第二天早上使用
• 早上第一次使用时,淋浴温度在95º-101ºF范围,远低于可接受的低标准
• 足够侵入的冷水后,温控器开启,引发加热循环之间的温度上升3º-0.8ºF /分钟,期间根据需求复苏
• 温度是逐渐上升,持续20到60分钟
• 给出一个典型的淋浴时间8 – 10分钟,没有足够的热量上升在第一次淋浴提供一个令人满意的温度
• 如图9所示,在这样的时候,当第二个主人早上淋浴,有充足的热水由于早些时候恒温器激活
• 期间收集的数据是5月底,当环境气温相对温暖

根据热力学定律,是环境空气温度低得多(大差空气和水箱温度),如在冬季,热水器将失去在夜间热量更快,从而触发了自动调温器在清晨,首先喷头表现为什么冬天早上淋浴前是矛盾的温度比沐浴在温暖个月。

解决方案

带着取证知识,补救措施更明显。一个解决方案提高了恒温器的温度,这样低的跳变点至少足够热舒适的淋浴。使用图8为指导建立新的阈值,增加10ºF恒温器设置到130ºF将提高低热水输出107 – 113º层更适合淋浴的温度。的确,后增加恒温器高跳变点到130ºF,房主经验丰富舒适的淋浴,甚至在第一次使用。然而,这个解决方案也提出了烫伤的风险由于较高的整体温度和叠加效应。

此外,这也提高24小时内消耗更多的能量,在实践中,水热后只需要在早上或没有热水消费已经过去了几个小时。热也可以减少水箱生活由于更高的热膨胀,以及加速矿藏和规模。在滚烫的风险和更高的能源需求日益增加的情况下,这个解决方案只是一个临时解决洗冷水澡的困境。

循环泵的救援

如前所述,该系统还包括一个1/2 “再循环线,格兰富泵。老板之前停用再循环系统因担心过早铜管侵蚀,增量循环消耗的能源损失,电力运行泵。

来缓解这些担忧,循环泵提供了实用的方法来触发的恒温器对能源消耗的影响可以忽略不计。不温不火的水回流管靠近环境空气温度在一夜之间,震惊了恒温器加热循环。在编程泵计时器,恒温器被重置回120ºF。自动激活泵几分钟5:30我迫使回流管冷却器水恒温器,从而重新加热水。的时候第一个主人早上淋浴,热水供应已经达到其目标120ºF极限。这提供了充足的热水至少两个背靠背的淋浴。

进一步的改善

然而，在初的设置和验证，意外的温度偏移量出现在所有的热电偶通道。随后的调查显示，像许多数据记录仪和数据采集系统，该sdl200易受接地回路时测量热电偶在保税制度。这是由于每个测量节点和非隔离输入放大器之间的小电压偏移。真正的差分仪器仪表输入放大器是从所有其他渠道，包括地面隔离，有助于大限度地减少信道干扰和地面引起的噪音。

为了说明这一点，K型热电偶有热灵敏度41µV /°C.因此，即使只有100µV电压偏移由于接地电流差在一个有限的阻抗引起的误差在几度显示的温度测量。安捷伦测量热电偶的电压之间的差异（Keysight）u1273a DMM，几乎所有的测量误差可以接地传感器的电压之间的差异相关。虽然热水和冷水管道已经粘合在一起，安装了一个额外的重测点之间的铜连接线测量点之间的阻抗和偏移量略有减少，但不足以证明一个实践。

为了减少测量误差，buildera重新安装所有但一个热电偶用薄的绝缘层®Kapton聚酰亚胺胶带。这一步从接地和键合的影响中分离出每个热电偶。薄带层没有重大影响的目标表面的温度测量精度，并消除了所有的接地回路之间的传感器。虽然没有接地的热电偶，它们的热响应时间通常是慢由于传感器和它的外壳的机械隔离。

buildera thermadur thermocouplein与ONSET公司协作，buildera随后测试的交换未来的现场测量到的ONSET®HOBO®UX20-014M四热电偶数据记录仪（图5），提高了测量精度，以及更长的电池寿命延长研究适合温度持续数周或数月。无论记录器选择，用户必须为接地回路的误差和电隔离每个测量节点如果必要的测试。

 

热水出口温度计量[热]

 

一个buildera thermadur™K型管夹表面热电偶，如图6所示安装了约3 / 4“铜管热水出口，约1“从热水器顶部。管道保温被删除并重新安装热电偶安装在减少环境温度对测量的影响，热水出口。由于高导热铜管响应时间快，在管道外表面温度近似实际水温，这buildera独立水温度测量来自源验证。

 

冷却水入口温度计量[冷]

同样，buildera安装在3 / 4“冷水铜进口的第二热电偶，约12“从热水器顶部。注意避免在排气烟道附近安装热电偶，这可能对损坏温度读数产生不利影响。测量冷热水供应的基本原理是，以确定进温低到足以触发温控器后，一个足够的冷水冲击。

 

结论UX120-014M四通道温度记录仪

通过科学的方法论和分析使用多通道温度记录仪，buildera解决过冷水淋浴，困扰多年的房主无奈。一种改进的温度分布的了解，随着时间的推移产生了合理的解决方案，平衡的对立需求的热水淋浴和能源效率。增加恒温设定约10ºF 130ºF保证足够的热水全年。激活现有的循环线在早上的另一种选择。在分析的过程中，注意减少细菌滋生，防止烫伤在使用点其他的观察和改进，包括温度补偿在热水器混水阀的输出，加上防烫伤装置在使用点。其它详情，联系北方大河Onset。