近年來，隨著全球能源危機的加劇和環(huán)保意識的提高，節(jié)能減排成為各國科技研究的重點。據(jù)統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，全球溫室氣體排放量每年呈上升趨勢，其中主要來源就是傳統(tǒng)能源消耗帶來的碳排放。為了應(yīng)對這一問題，國際社會廣泛關(guān)注并推動新能源技術(shù)的研發(fā)和應(yīng)用。而在建筑領(lǐng)域用電方面，家用電器的能源消耗占比較大，因此提高家用電器的能效，減少能源消耗，成為各國政府和科研機構(gòu)共同關(guān)注的課題。

在此背景下，低壓全直流技術(shù)將家用電器的供電方式從傳統(tǒng)的交流電轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷麟?，通過直接提供穩(wěn)定的低壓全直流電源，避免了傳統(tǒng)交流電源中需要進行變頻、整流等多個環(huán)節(jié)的能量轉(zhuǎn)換，從而提高能源的利用效率，目前我國也已研制出直流空調(diào)、直流冰箱等高效家用電器。直流技術(shù)被廣泛認(rèn)為是未來家用電器重要發(fā)展方向之一。并且通過采用低壓全直流技術(shù)，不僅能夠提高能效，降低碳排放，還能夠改善電器的安全性能，尤其是電氣性能與燃氣用具的雙重耦合影響，明顯可減少事故風(fēng)險。低壓全直流技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，對于提升家電行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展能力，推動綠色低碳生活方式的普及具有重要意義，但是針對燃氣具行業(yè)的低壓全直流技術(shù)卻還鮮有品牌涉及。

從1985年至今，萬家樂一直致力于提供高質(zhì)量的熱水采暖解決方案。近年來，隨著對低壓全直流技術(shù)以及直流微電網(wǎng)的研究與發(fā)展，全直流燃氣熱水器很可能成為未來的技術(shù)升級目標(biāo)之一，作為燃氣熱水器行業(yè)引領(lǐng)企業(yè)的萬家樂，針對低壓全直流燃氣熱水器設(shè)計的技術(shù)難點進行了潛心研究并提出了低壓全直流燃氣熱水器的總體設(shè)計方案。

在中國家用電器研究院指導(dǎo)下，全國家用電器工業(yè)信息中心聯(lián)合廣東萬家樂燃氣具有限公司共同編寫《2024年低壓全直流燃氣熱水器技術(shù)洞察報告》。希望通過此報告為燃氣具行業(yè)的發(fā)展提供一些新思路。

一、家電行業(yè)相關(guān)政策及發(fā)展趨勢

近年來，隨著全球能源危機的加劇和環(huán)保意識的提高，節(jié)能減排成為各國科技研究的重點。在建筑用電方面，家用電器的能源消耗占比較大，因此提高家用電器的能效，減少能源消耗，成為各國政府和科研機構(gòu)共同關(guān)注的課題。我國政府已連續(xù)出臺多項國家政策，鼓勵發(fā)展綠色家電和智能家電，牽引行業(yè)向低能耗、高能效的方向升級轉(zhuǎn)型。

1.1 家用電器相關(guān)政策梳理

1.1.1 節(jié)能環(huán)保政策

隨著全球氣候變化問題日益嚴(yán)峻，多個國家相繼提出減排承諾。作為全球最大的發(fā)展中國家，中國明確提出力爭2030年前實現(xiàn)“碳達峰”、2060年前實現(xiàn)“碳中和”的“雙碳”目標(biāo)。

開展節(jié)能減排,是黨中央、國務(wù)院做出的重大戰(zhàn)略部署, “十一五”以來，國務(wù)院在每個五年規(guī)劃期均制定節(jié)能減排綜合工作方案，對全國節(jié)能減排工作進行總體部署，對加快經(jīng)濟社會綠色轉(zhuǎn)型發(fā)揮了重要作用。2021年，黨中央、國務(wù)院印發(fā)《關(guān)于完整準(zhǔn)確全面貫徹新發(fā)展理念做好碳達峰碳中和工作的意見》和《2030年前碳達峰行動方案》，把節(jié)能減排作為推進碳達峰碳中和工作的重大舉措。國務(wù)院關(guān)于印發(fā)2030年前碳達峰行動方案的通知（國發(fā)〔2021〕23號）中提出：提高建筑終端電氣化水平，建設(shè)集光伏發(fā)電、儲能、直流配電、柔性用電于一體的“光儲直柔”建筑。“光”和“儲”分別指分布式光伏和分布式儲能，作為建筑配用電系統(tǒng)重要組成部分；“直”指建筑配用電網(wǎng)的形式發(fā)生改變，從傳統(tǒng)的交流配電網(wǎng)改為采用低壓直流配電網(wǎng)；“柔”則是指建筑用電設(shè)備應(yīng)具備可中斷、可調(diào)節(jié)的能力，使建筑用電需求從剛性轉(zhuǎn)變?yōu)槿嵝?。與常規(guī)光伏建筑相比，光伏直流建筑具備電能利用率高(提高6-8%)、節(jié)能優(yōu)勢明顯、設(shè)備投資少，投資回收期短等優(yōu)勢。而且建筑上應(yīng)用直流配電，可獲得顯著改善系統(tǒng)性能，安全性顯著提高，電源品質(zhì)提高等優(yōu)勢。

2022年，國務(wù)院印發(fā)《“十四五”節(jié)能減排綜合工作方案》，明確了“十四五”推進節(jié)能減排的總體要求、主要目標(biāo)、重點工程、政策機制和保障措施，對完成“十四五”節(jié)能減排目標(biāo)任務(wù)、助力實現(xiàn)碳達峰碳中和提供重要工作支撐。

1.1.2 消費升級政策

消費是我國經(jīng)濟增長的第一拉動力，家電消費是居民消費的重要組成部分，是傳統(tǒng)消費的“四大金剛”（汽車、家電、家具、餐飲）之一。近年來，隨著人均家電保有量提升，傳統(tǒng)家電銷售增速放緩，家電行業(yè)由增量市場進入存量。

2020年，距上一輪以舊換新政策結(jié)束已近十年，一大批家電將進入換新期，老舊家電產(chǎn)品過期使用可能存在以下風(fēng)險：⑴安全隱患增加，超過安全使用年限的家電產(chǎn)品可能存在零部件老化、電路老化等問題，增加了發(fā)生漏電、短路、火災(zāi)等安全隱患的可能性；⑵能源浪費，老化的家電產(chǎn)品通常能耗較高，能源利用率低下，使用過程中會浪費大量電能，增加能源消耗和電費支出；⑶環(huán)境污染，老化的家電產(chǎn)品可能存在有害物質(zhì)釋放等問題，對環(huán)境造成污染和負面影響，不利于環(huán)境保護和可持續(xù)發(fā)展。

2021年初，商務(wù)部等12部門聯(lián)合印發(fā)《關(guān)于提振大宗消費、重點消費，促進釋放農(nóng)村消費潛力若干措施的通知》，提出要激活家具、家電市場，鼓勵有條件的地區(qū)淘汰舊家具、舊家電，對于購買綠色智能家電和環(huán)保家具提供補貼。2023年6月9日，商務(wù)部辦公廳、發(fā)展改革委辦公廳、工業(yè)和信息化部辦公廳、市場監(jiān)管總局辦公廳共同發(fā)布《關(guān)于做好2023年促進綠色智能家電消費工作的通知》，提出要深入開展家電以舊換新，促進綠色智能家電消費。2024年3月7日，國務(wù)院關(guān)于印發(fā)《推動大規(guī)模設(shè)備更新和消費品以舊換新行動方案》的通知，實施消費品以舊換新行動，支持家電等領(lǐng)域耐用消費品以舊換新。

1.1.3 創(chuàng)新發(fā)展政策

當(dāng)前，我國家電市場消費新潮涌動，一方面存量特征明顯，另一方面新型家電漸成新寵。積極擴大市場需求，把握消費升級趨勢，幫助用戶構(gòu)建和諧美好“未來家”正成為驅(qū)動家電產(chǎn)業(yè)升級、邁向高質(zhì)量發(fā)展的核心動力。

2023年2月，中共中央、國務(wù)院特別印發(fā)了《質(zhì)量強國建設(shè)綱要》，家居家電被列入重點消費品，同時強調(diào)要加強家居家電的創(chuàng)新創(chuàng)意設(shè)計，加快新技術(shù)研發(fā)應(yīng)用，推動產(chǎn)品升級迭代和品牌化發(fā)展等方面的內(nèi)容。2023年7月，商務(wù)部會同國家發(fā)展改革委等12部門印發(fā)了《關(guān)于促進家居消費的若干措施》，提出以綠色化、智能化、適老化為發(fā)力點，提升供給質(zhì)量，創(chuàng)新消費場景，改善消費條件，優(yōu)化消費環(huán)境，疏堵點、解難點、治痛點，促進家居消費恢復(fù)和升級。2023年8月，工業(yè)和信息化部、國家發(fā)展改革委、商務(wù)部等三部門聯(lián)合發(fā)布了《輕工業(yè)穩(wěn)增長工作方案（2023—2024年）》，針對重點行業(yè)優(yōu)結(jié)構(gòu)、擴內(nèi)需、促消費、穩(wěn)出口及推動產(chǎn)業(yè)生態(tài)協(xié)調(diào)發(fā)展、提升產(chǎn)業(yè)鏈現(xiàn)代化水平提出切實可行的工作舉措。

圖1. 家電行業(yè)相關(guān)政策梳理

1.2 家用電器用電趨勢分析

1.2.1家用電器電源類型分析

直流電和交流電是電力工程和電子領(lǐng)域兩種最常見的電流類型，它們在許多方面都有著根本性的區(qū)別。

直流電（Direct Current，DC）是指大小和方向都不隨時間變化的電流。直流電的生成通常通過電池、太陽能電池板或直流發(fā)電機等設(shè)備完成。直流電的電流從正極流向負極，方向始終保持一致。直流電的優(yōu)點包括穩(wěn)定性高、傳輸損耗小、無電磁輻射、易于控制等，而直流電的缺點包括傳輸距離有限、轉(zhuǎn)換成本高等。

交流電（Alternating Current，AC）是指電流方向隨時間作周期性變化的電流。交流電的生成通常通過發(fā)電廠的交流發(fā)電機完成，這些發(fā)電機產(chǎn)生的電流周期性地從正極到負極再到正極，如正弦波一樣變化。交流電具有遠距離傳輸方便、便于產(chǎn)生、電機結(jié)構(gòu)簡單、制造成本低、維護方便等優(yōu)點，但也存在一些缺點，如傳輸過程中存在電磁輻射和電壓波動等問題。

自1882年愛迪生用直流供電系統(tǒng)點亮摩根大樓，為夜晚帶來了光明和溫暖，此時直流供電占據(jù)主導(dǎo)地位。1895年特斯拉發(fā)明的交流電力設(shè)備將電力傳輸?shù)?5公里之外，解決了遠程輸電的問題，結(jié)束了“電力之戰(zhàn)”，交流供電技術(shù)發(fā)展迅速并全面取代直流供電技術(shù)，各類電氣設(shè)備基本上也都由交流電驅(qū)動，歷史上僅由于當(dāng)時電子技術(shù)不成熟，使得交流輸電代替了直流輸電。

直流電和交流電之爭雖然已經(jīng)結(jié)束了一個多世紀(jì)，但是它們并沒有消失。針對交流電傳輸中存在的問題，我國也在開始逐漸使用超高壓直流輸電，高壓直流輸電技術(shù)因其在長距離輸電中損耗小、穩(wěn)定性高的特點，特別適合于跨國跨區(qū)域的電力傳輸和電網(wǎng)互聯(lián)，有助于實現(xiàn)全球能源資源的優(yōu)化配置；它可將風(fēng)電、太陽能等再生能源有效集中到電網(wǎng)中，支持全球能源轉(zhuǎn)型和減少碳排放目標(biāo)；全球多個國家和地區(qū)已將發(fā)展高壓直流輸電技術(shù)作為國家戰(zhàn)略，相關(guān)政策的支持和資金的投入將進一步推動其商業(yè)化進程和技術(shù)創(chuàng)新。綜上所述，高壓直流輸電技術(shù)作為現(xiàn)代電網(wǎng)的重要組成部分，其發(fā)展前景看好，將在未來電力系統(tǒng)中扮演越來越重要的角色。

圖2. 交直流之爭

1.2.2綠色低碳背景下的電力革命

2021年，國務(wù)院印發(fā)《國務(wù)院關(guān)于印發(fā)2030年前碳達峰行動方案的通知》，《通知》中明確要求，提高建筑終端電氣化水平，建設(shè)集光伏發(fā)電、儲能、直流配電、柔性用電于一體的“光儲直柔”建筑，首次在政策層面為“光儲直柔”的發(fā)展提供清晰的方向和支持?！肮鈨χ比帷笔悄壳爸绷鬏斔图夹g(shù)的主要發(fā)展方向，直流電器將成為該技術(shù)發(fā)展的重要支撐。

當(dāng)前我國居民供電系統(tǒng)主要以交流電為主，也就是日常所見的是“220V 50Hz”正弦交流電。在發(fā)電端，隨著光伏等新能源的發(fā)展和微電網(wǎng)的興起，低壓直流供用電系統(tǒng)因其高效、低碳的特征正引起業(yè)界廣泛關(guān)注。在電力的需求端，居民最終實際在大量使用直流電。從LED照明、路由器、到電腦，未來還可能延伸至更多品類的家用電器產(chǎn)品，如：風(fēng)扇、空調(diào)、冰箱、洗衣機、熱水器等。為了給這些電器提供直流電，電器設(shè)備外部或者內(nèi)部都會裝備一個電源模塊，將電網(wǎng)提供的 220V 交流電進行整流降壓，轉(zhuǎn)換成低壓直流電，才能供用電器使用。而這一個轉(zhuǎn)換，卻會帶來一系列問題，比如，能耗高、成本高、設(shè)備復(fù)雜等。如果從發(fā)電到用電全部改為直流電，形成低壓直流供用電系統(tǒng)，可以突破傳統(tǒng)電器的能源獲取、能源輸配、能源使用方式局限，實現(xiàn)發(fā)、配、用電直流化，提高系統(tǒng)效率；簡化相關(guān)設(shè)備結(jié)構(gòu)，降低成本；讓分布式光伏等電源就近并網(wǎng)，從而打造低碳、環(huán)保、舒適、智能、安全的家居環(huán)境。

家用電器內(nèi)部電路使用直流供電，可降低設(shè)備成本投入，減少能源轉(zhuǎn)換損耗，提高能源效率，提升家居安全性、便利性、舒適性、藝術(shù)性，并實現(xiàn)環(huán)保節(jié)能的智能化體驗環(huán)境。當(dāng)前家用電器，如冰箱、洗衣機、空調(diào)等應(yīng)用直流電機實現(xiàn)部分直流技術(shù)，對于全直流技術(shù)部分企業(yè)也已經(jīng)做了相應(yīng)的技術(shù)儲備研究。

圖3. 光儲直柔應(yīng)用示意圖

1.2.3企業(yè)相關(guān)技術(shù)儲備

1）其他企業(yè)全直流技術(shù)儲備

2021年，格力推出了光儲直柔空調(diào)系統(tǒng)；2022年，格力及國創(chuàng)聯(lián)能協(xié)同蕭山供電公司、南瑞集團在浙江杭州打造首個多站合一低壓直流配網(wǎng)示范工程。2023年2月，海爾參與“十四五”國家重點研發(fā)計劃“建筑機電設(shè)備直流化產(chǎn)品研制與示范”項目。

2.）萬家樂全直流技術(shù)儲備

始創(chuàng)于1985年的萬家樂，秉持“全球億萬家庭美好廚衛(wèi)生活創(chuàng)造者”這一品牌愿景，一直專注于改善中國家庭熱水和廚房生活，憑借極具創(chuàng)新和技術(shù)研發(fā)的優(yōu)勢，萬家樂成長為全屋用水和廚房解決方案的國民品牌。

一直以來，萬家樂致力于提供高質(zhì)量的熱水采暖解決方案，成功打造了零冷水、小體積、健康水和精控恒溫四大燃氣熱水器產(chǎn)品系列。從第一臺帶有熄火保護的燃氣熱水器到第一臺小體積燃氣熱水器，從首創(chuàng)零冷水技術(shù)到創(chuàng)新無電洗技術(shù)，萬家樂已經(jīng)拿下多個行業(yè)第一。

在對高效節(jié)能產(chǎn)品需求持續(xù)上升的背景下，萬家樂針對燃氣熱水器內(nèi)部的能耗模式進行了深入的分析，同時在洞悉到相關(guān)性能要求（如：抗干擾能力差、可靠性低、維修難、有害物質(zhì)排放相對較多）落后于國家綠色發(fā)展需要等問題后，積極響應(yīng)國家“雙碳”號召，大力開展產(chǎn)品創(chuàng)新及技術(shù)研發(fā)。作為國家重點高新技術(shù)企業(yè)和國家認(rèn)定企業(yè)技術(shù)中心，萬家樂擁有博士后科研工作站和國家認(rèn)可實驗室，研發(fā)出小體積集成技術(shù)、零冷水、無電洗、家用中央熱水、廚房自動烹飪等顛覆行業(yè)的創(chuàng)新技術(shù)。萬家樂引領(lǐng)數(shù)十次行業(yè)開創(chuàng)性重大技術(shù)革新，主導(dǎo)或參與了百余項國家、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)制定，獲得近3000項國內(nèi)外權(quán)威行業(yè)大獎。為研發(fā)出一種新型、高效、安全的燃氣熱水器平臺技術(shù)，提升家庭生活品質(zhì)、推進家電行業(yè)技術(shù)進步，公司召集十余名工程師、投入大量研發(fā)資金，經(jīng)過反復(fù)試驗、優(yōu)化和改進，攻克技術(shù)難題，歷時3年，最終成功研發(fā)出全直流24V燃氣熱水器平臺技術(shù)，并推進全直流燃氣熱水器的國標(biāo)修訂，以前沿的技術(shù)創(chuàng)新和研發(fā)成果為促進燃氣熱水器的低壓全直流化應(yīng)用貢獻力量。

1.2.4柔直輸電現(xiàn)狀及發(fā)展前景

近年來，中國用電需求快速增長。據(jù)國家能源局?jǐn)?shù)據(jù)顯示，2016年-2023年我國社會用電量逐年遞增，2023年全社會用電量92241億千瓦時，同比增長6.7%，其中城鄉(xiāng)居民生活用電量13524億千瓦時，居民側(cè)用電占社會總用電量14.7%。在電力需求持續(xù)增加、部分地區(qū)用電緊張的背景下，不僅要號召全社會節(jié)約用電、科學(xué)用電，使用綠色節(jié)能家用電器及設(shè)備，更應(yīng)優(yōu)化電網(wǎng)結(jié)構(gòu)，加快新型電力系統(tǒng)建設(shè)，提升全網(wǎng)供電能力。

圖4. 2016-2023中國社會用電量及增長

柔性直流輸電，采用新一代直流輸電技術(shù)，可提升電網(wǎng)輸送能力和安全水平，是解決新能源消納、長距離輸送及電網(wǎng)安全的重要途徑。我國柔直技術(shù)發(fā)展始于2006 年國網(wǎng)智研院，隨后發(fā)展迅猛。國內(nèi)柔直工程起步較晚但發(fā)展較快，海外柔直工程始于1997年，國內(nèi)則始于2010年，但在電壓和容量上國內(nèi)后來居上，截至2023年10月，國內(nèi)已累計投運11條柔直輸電工程，輸電容量和電壓等級居然已經(jīng)達到了國際領(lǐng)先水平。

根據(jù)饒宏所著論文《柔性直流輸電技術(shù)的工程應(yīng)用和發(fā)展展望》中預(yù)測，預(yù)計2033年國外新增柔直輸電工程項目將超過50個，新增容量超60GW，歐洲已提出“超級電網(wǎng)”計劃旨在提高歐洲電網(wǎng)對于可再生能源的消納與利用；國內(nèi)方面，柔性直流輸電技術(shù)已在風(fēng)電送出、電網(wǎng)互聯(lián)、無源網(wǎng)絡(luò)供電和遠距離大容量輸電等場景取得了充分發(fā)展和工程應(yīng)用，其輸電能力已經(jīng)達到特高壓等級，南方電網(wǎng)已明確提出“新建直流受端以柔性直流為主，存量直流逐步實施柔性直流改造”。由此可見，柔性直流輸電是新能源并網(wǎng)消納、電網(wǎng)互聯(lián)和遠距離輸電的重要方式，應(yīng)用場景包括陸上柔直、海風(fēng)外送柔直和背靠背電網(wǎng)柔直互聯(lián)等，發(fā)展前景十分廣闊。

二、燃氣熱水器市場現(xiàn)狀及前景分析

2.1 燃氣熱水器市場規(guī)模及增長

熱水器是我們?nèi)粘Ｉ钪薪?jīng)常用到的家電產(chǎn)品。經(jīng)過多年的發(fā)展，熱水器在我國居民家庭中已占有較為重要的地位，據(jù)國家統(tǒng)計局?jǐn)?shù)據(jù)顯示，截止2022年底，我國居民平均每百戶年末熱水器擁有量為89.9臺。近幾年，在疫情反復(fù)、房地產(chǎn)市場不樂觀等因素影響下，我國熱水器市場負重前行，2023年隨著宏觀經(jīng)濟的回暖和消費潛力的逐步釋放，熱水器市場出現(xiàn)回暖，據(jù)全國家用電器工業(yè)信息中心數(shù)據(jù)顯示，2023年國內(nèi)熱水器零售規(guī)模為513.5億元，零售額同比增長1.9%。其中燃氣熱水器銷售規(guī)模為263億元，同比增長3.5%，從數(shù)據(jù)來看，燃氣熱水器的市場表現(xiàn)優(yōu)于整體。近年來隨著天然氣管道的加速覆蓋，燃氣熱水器因其體積小、能效高、加熱速度快、即開即用等優(yōu)點，成為不少消費者在裝修新房或更換熱水器時的首選。

圖5. 國內(nèi)熱水器市場規(guī)模及增長

2.2 燃氣熱水器產(chǎn)品的優(yōu)勢

作為熱水器市場的主銷品類之形，燃氣熱水器憑借連續(xù)多年的兩位數(shù)增長、政府“煤改氣”政策及全國各地天然氣管道鋪設(shè)的持續(xù)推進等利好因素收獲了明星般的光環(huán)。近年來，隨著消費者對生活品質(zhì)的追求和環(huán)保意識的提高，燃氣熱水器市場呈現(xiàn)出穩(wěn)步增長的態(tài)勢。此外，政府對清潔能源的推廣和扶持也為燃氣熱水器的發(fā)展提供了有利條件。燃氣熱水器具有以下優(yōu)點：

加熱速度快：燃氣熱水器采用燃氣作為熱源，加熱速度快，能夠在短時間內(nèi)提供大量熱水，滿足用戶即時使用的需求。

節(jié)能環(huán)保：燃氣熱水器在加熱過程中產(chǎn)生的廢氣較少，能源利用率更高，更加節(jié)能環(huán)保。2005年誕生以高效、節(jié)能、環(huán)保為主的冷凝燃氣熱水器 ，以及近幾年燃氣具行業(yè)大力發(fā)展的全預(yù)混燃燒技術(shù)，大幅提升了燃燒換熱效率，降低了燃氣消耗量，從而達到節(jié)能目的。

安全性高：燃氣熱水器通常配備有安全裝置，如熄火保護、過熱保護等，正常情況下能夠確保使用過程中的安全。

適用范圍廣：燃氣熱水器適用于各種戶型和用水場景，能夠滿足不同用戶的需求。

近年來，城市市場中越來越注重家居設(shè)計與用戶使用體驗的消費者在更換熱水器時更多地考慮具備節(jié)能、舒適、體積小巧等優(yōu)點的燃氣熱水器。據(jù)《2021家用熱水器消費升級趨勢調(diào)查》顯示，燃氣熱水器成為多數(shù)家庭的首要選擇，占比達到53.8%。

圖6. 用戶家庭熱水器類型調(diào)研

在廠家大力宣傳、產(chǎn)品不斷升級改進及燃氣管網(wǎng)設(shè)施改善等因素的共同推動下，燃氣熱水器產(chǎn)品在一至三級市場正迅速成為主導(dǎo)品類。

2.3 燃氣熱水器產(chǎn)品發(fā)展趨勢

在市場規(guī)模持續(xù)擴容的過程中，燃氣熱水器行業(yè)不斷迎來新生力量，尤其是在線上渠道，大量品牌的涌入使得燃氣熱水器市場品牌數(shù)量大幅增加。據(jù)全國家用電器工業(yè)信息中心數(shù)據(jù)，2023年我國燃氣熱水器線上在銷品牌數(shù)量為149個，較上年增加26個，線下渠道在銷品牌數(shù)量為94個，較上年減少9個。激烈的競爭使得頭部品牌的集中度發(fā)生變化，在線上市場，前三品牌占據(jù)了半壁以上江山，2023年零售額份額為58.0%，較上年增長5.6個百分點，4-5名品牌共占據(jù)19.3%的市場份額，較去年減少2.4個百分點；線下市場品牌表現(xiàn)較為穩(wěn)定，前三品牌共占據(jù)36.7%的市場份額，占比較去年小幅下降0.2個百分點，4-5名品牌共獲得22.1%的市場份額，較去年增長1.1個百分點。

圖7. 2023年燃氣熱水器品牌數(shù)量及集中度變化

隨著市場競爭的加劇，品牌加速轉(zhuǎn)型的決心更加堅定，燃氣熱水器行業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整和轉(zhuǎn)型升級已成為必然的選擇。同時在消費升級的大形勢下，消費者對家電產(chǎn)品的要求正在從“能用”向“好用”方向轉(zhuǎn)變，追求品質(zhì)生活、買好產(chǎn)品已成為一種趨勢。水量不足、冷水等待、水溫波動、沐浴健康是消費者在使用燃氣熱水器過程中遇到的主要痛點，針對這些問題，生產(chǎn)企業(yè)不斷進行技術(shù)創(chuàng)新及產(chǎn)品升級，大升數(shù)、恒溫、安全、健康、靜音正在成為燃氣熱水器產(chǎn)品發(fā)展趨勢。

⑴ 恒溫。針對用水過程中由于外界干擾造成的“水溫波動”問題，恒溫技術(shù)的推出和應(yīng)用在很大程度上保證了沐浴水溫的恒定，當(dāng)前市場上絕大多數(shù)燃氣熱水器均具備了恒溫功能，同時在穩(wěn)定水流基礎(chǔ)控溫的基礎(chǔ)上，相繼衍生出水氣雙調(diào)、水量伺服等技術(shù)。數(shù)據(jù)顯示，具有水量伺服器的燃氣熱水器線上、線下零售量較去年同期分別增長72.1%、68.9%。

⑵ 安全。燃氣熱水器一般采用密閉燃燒室，不會產(chǎn)生有害氣體?，F(xiàn)代燃氣熱水器還配備了多種安全保護裝置，如熄火保護、過熱保護、防凍保護、防倒灌以及燃氣泄漏報警防護系統(tǒng)等，確保用戶的使用安全；但是實際使用中仍存在因家庭復(fù)雜電網(wǎng)環(huán)境導(dǎo)致地線帶電或地線與燃氣管道間存在電位差引起管道加速老化并發(fā)熱燒穿等安全問題，在產(chǎn)品端需進行用電環(huán)境適應(yīng)性展開相關(guān)研究與攻關(guān)。

⑶ 健康。健康已然是用戶最為關(guān)注的話題，也由此成為各企業(yè)宣傳最多的賣點。在健康體驗方面，燃氣熱水器產(chǎn)品主要通過軟化水、過濾、殺菌、氣泡水等功能，達到健康效果。數(shù)據(jù)顯示，據(jù)有抑菌功能的燃氣熱水器2023年線上、線下零售量占比分別達到46.6%、19.4%，同比分別增長9.9%、6.9%。用水健康將成為熱水器產(chǎn)品高端化升級的突破口。

⑷ 靜音。近年來，“靜音”已成為家電行業(yè)的高頻宣傳詞匯，眾多家電產(chǎn)品均以“靜音”作為賣點。燃氣熱水器在運行過程中因為燃料的燃燒加熱以及風(fēng)機的持續(xù)供風(fēng)，仍舊避免不了噪音的產(chǎn)生，對用戶生活造成困擾。因此，靜音也成為燃氣熱水器改善體驗的重點方向之一，數(shù)據(jù)顯示，2023年據(jù)有靜音功能的燃氣熱水器在線上、線下市場的零售量占比分別為3.1%、7.1%，同比分別增長15.6%、29.3%，表明消費者對于靜音熱水器有一定的購買意愿。

圖8. 2023年燃氣熱水器品主要規(guī)格占比變化

隨著“綠色低碳，節(jié)能環(huán)保”理念的深入人心，消費者對于高效能、低碳排放產(chǎn)品的需求不斷釋放，同時對沐浴體驗提出了更高的要求，在此背景下，許多廠家通過技術(shù)研發(fā)，提高燃氣熱水器能效，提升用戶使用體驗。這些創(chuàng)新技術(shù)的推出和應(yīng)用，不僅切合當(dāng)下綠色節(jié)能的理念，響應(yīng)國家“雙碳”政策，更是帶動行業(yè)歷經(jīng)了幾輪的升級，在滿足消費者需求的同時也為行業(yè)的發(fā)展帶來了新的增長機會。

三、直流技術(shù)在燃氣熱水器中的應(yīng)用

3.1 燃氣熱水器用電技術(shù)分析

燃氣熱水器的供電方式主要有插電式供電和電池式供電這兩種，其中插電式供電是通過插電方式來連接電源，這種方式的優(yōu)點在于電源穩(wěn)定，線路相對比較簡單；而電池式供電主要是通過電池來對燃氣熱水器進行供電，其優(yōu)點在于燃氣熱水器的供電不再依賴于電網(wǎng)，也不需要敷設(shè)電源線路和插線板等設(shè)施。從目前市場上反饋的銷售數(shù)據(jù)分析，具有插電式供電的強排式燃氣熱水器是目前市場上的絕對主力，在線下市場中強排式燃氣熱水器的零售量份額已經(jīng)高達97%。

電源在燃氣熱水器中的作用主要是支持點火系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、保護系統(tǒng)的工作。燃氣熱水器的火花發(fā)生器使用電來點燃燃氣，控制系統(tǒng)中的電子控制器、傳感器和執(zhí)行組件依靠電流來控制和調(diào)節(jié)燃氣的流量、溫度、壓力等參數(shù)，保護系統(tǒng)中的溫度傳感器、壓力開關(guān)、漏電保護器等同樣需要電流驅(qū)動，監(jiān)測和控制熱水器的溫度、壓力、漏電等情況，在出現(xiàn)異常時采取相應(yīng)的措施，以確保熱水器的安全運行。燃氣熱水器中的電路元器件眾多，線路復(fù)雜，同時需要對接入線路中的電源電壓進行轉(zhuǎn)換，以適配各自不同的額定電壓，因此產(chǎn)品的用電安全、電壓轉(zhuǎn)換中的能源損耗成為企業(yè)和消費者共同關(guān)注的話題。基于提高燃氣熱水器用電的安全性、節(jié)能型等出發(fā)點，眾多燃氣熱水器生產(chǎn)企業(yè)致力于推進燃氣熱水器用電技術(shù)的創(chuàng)新和發(fā)展，通過調(diào)整接入燃氣熱水器的電源類型以及底層電氣架構(gòu)改善其安全和能耗。

3.1.1傳統(tǒng)交流燃氣熱水器

交流燃氣熱水器指的是熱水器內(nèi)部風(fēng)機、水泵、防凍加熱體等主要元器件均采用交流供電的燃氣熱水器。其中交流風(fēng)機通常具有固定的轉(zhuǎn)速和風(fēng)力輸出，缺乏足夠的調(diào)節(jié)能力。因此，它的抗風(fēng)壓能力較低，只有100Pa左右，當(dāng)外部壓力增大時，交流風(fēng)機可能無法提供足夠的空氣流量，來滿足熱水器的燃燒需求，這會導(dǎo)致熱水器的性能下降；或者燃燒不充分產(chǎn)生有害氣體，危害用戶的使用健康，同時也無法滿足不同用戶家中對不同環(huán)境的使用需求。此外，交流風(fēng)機一般調(diào)速較為困難，無法根據(jù)熱水器的實際運行情況進行精確調(diào)節(jié)，如果燃燒需求發(fā)生變化，交流風(fēng)機可能無法及時提供適量的空氣，導(dǎo)致燃燒效率降低。而交流燃氣熱水器在大部分的燃燒負荷段，都會因為風(fēng)速過高而帶走太多的熱量，進而降低了熱水器的熱效率。相比直流風(fēng)機而言，交流風(fēng)機還會因為轉(zhuǎn)速過高帶來噪聲大的問題，尤其在夜間還會干擾到家庭成員的休息和睡眠。除此之外，交流燃氣熱水器普遍采用的是風(fēng)壓開關(guān)來判斷煙道和外界風(fēng)壓的變化，而風(fēng)壓開關(guān)是一個易損件，壽命短，故障率較高，會嚴(yán)重影響用戶使用體驗感。

另外交流水泵存在電功率大、體積大、效率低的問題，同體積下的性能較弱會嚴(yán)重影響用戶使用體驗感。

3.1.2直流變頻燃氣熱水器

傳統(tǒng)的交流燃氣熱水器主要采用的是交流電機，一旦啟動電機就會以額定電流、恒定轉(zhuǎn)速進行工作，在這種工作方式下，無論水流量大小，燃氣熱水器風(fēng)機都會以固定的功率運行。而直流變頻燃氣熱水器采用的是直流變頻技術(shù)，通過變頻器來控制電機的轉(zhuǎn)速，從而控制熱水器風(fēng)機的轉(zhuǎn)速，進而實現(xiàn)對加熱效果的精準(zhǔn)控制。但是在目前交直流共存階段，依然存在電氣安全、電效率低、干擾大性能不足等問題。對于電氣安全，主要是家庭電網(wǎng)接地線帶電或與燃氣管道間存在電位差問題，易在熱水器上表象出“所謂電氣安全”隱患；電效率低主要是內(nèi)部電壓有AC220、DC40/36、24/12/5V等，除AC/DC的電源損耗，其他直流電壓間轉(zhuǎn)換也存在較大損耗；干擾大性能不足主要是開關(guān)電源與伺服器件的干擾，以及對外界復(fù)雜環(huán)境的適應(yīng)性差?；谀茉锤咝Ю谩O致安全探索的設(shè)計理念，持續(xù)探究高效直流極致安全技術(shù)，緊跟綠色低碳發(fā)展之路，特低壓全直流技術(shù)引領(lǐng)行業(yè)進入全直流時代，燃氣熱水器全直流發(fā)展歷程如圖9所示。

圖9. 全直流燃氣熱水器發(fā)展歷程

3.1.3全直流燃氣熱水器

全直流技術(shù)是一種先進的電力驅(qū)動技術(shù)，具有高效、節(jié)能、環(huán)保等優(yōu)點。而全直流燃氣熱水器是一種結(jié)合了全直流技術(shù)與燃氣加熱功能的熱水器，無論是整機本體的外部供電端，還是產(chǎn)品內(nèi)部的電控零部件等元器件的供電方式均采用的是直流供電，內(nèi)部無需進行交直流轉(zhuǎn)換，從而代替了傳統(tǒng)的交流電源，實現(xiàn)了對電機的直接控制。它結(jié)合了直流變頻技術(shù)，通過控制燃氣供應(yīng)和燃燒過程，實現(xiàn)了高效、穩(wěn)定的熱水輸出。在燃氣熱水器中，全直流技術(shù)主要應(yīng)用于風(fēng)機供氣排煙系統(tǒng)、水泵水力系統(tǒng)和各個傳感器的控制系統(tǒng)等，從而提高了整機的運行效率和產(chǎn)品的穩(wěn)定性。近年來，隨著對低壓全直流技術(shù)以及直流微電網(wǎng)的研究與發(fā)展，全直流燃氣熱水器很可能成為未來的技術(shù)升級目標(biāo)之一。

同時它還在以下幾個方面具有更大的優(yōu)勢：一是全直流燃氣熱水器內(nèi)部直流電壓均為低壓直流，相比于交流220V來說使用起來會更加安全可靠；二是全直流燃氣熱水器可實現(xiàn)全負荷精準(zhǔn)調(diào)速并匹配風(fēng)量，使燃燒更加充分，一氧化碳排放量低更環(huán)保，特別是在用戶煙道阻力不同和變大、或者室外風(fēng)吹擾動時，直流熱水器仍能正常安全工作，且燃燒工況正常，煙氣指標(biāo)均控制在合理范圍內(nèi)節(jié)能減排符合當(dāng)今社會對綠色環(huán)保理念的追求；三是全直流燃氣熱水器還具有智能化的特性，它不僅擁有智能恒溫系統(tǒng)，還具有智能故障診斷和預(yù)警功能，同時它所使用的無極變頻風(fēng)機和水泵，搭載整機電功率自分配技術(shù)，在使用時噪聲也會更小，為用戶提供了更加優(yōu)質(zhì)的熱水使用體驗。

3.2 燃氣熱水器使用直流技術(shù)的現(xiàn)狀及優(yōu)勢

技術(shù)革新是燃氣熱水器直流化發(fā)展的大趨勢，隨著科技的進步，直流燃氣熱水器在外觀設(shè)計、燃燒技術(shù)、安全性能等方面都得到了顯著提升。同時，直流化技術(shù)使得燃氣熱水器能夠更加精準(zhǔn)地控制燃氣的供應(yīng)和燃燒的過程，從而提高了熱水器的能效。與傳統(tǒng)熱水器相比，直流燃氣熱水器能夠?qū)崿F(xiàn)更高的熱效率，快速供應(yīng)熱水，滿足人們高品質(zhì)的沐浴體驗。

3.2.1 燃氣熱水器直流化設(shè)計的技術(shù)難點

目前，在流通領(lǐng)域中的燃氣熱水器的供電方式依然采用了AC220V的供電方式，電源線通常使用的是三線插腳插頭，其中地線會與熱水器的金屬外殼直接相連，以確保熱水器能夠安全接地，防止觸電事故的發(fā)生。此外，熱水器電源的零、火線也會通過端子與內(nèi)部的供電系統(tǒng)直接相連，并通過變壓器和整流電路將輸入的交流電轉(zhuǎn)換為熱水器內(nèi)部電路所需的直流電，用于驅(qū)動熱水器內(nèi)不同部件工作時所需的電壓，如：排風(fēng)機、點火器和循環(huán)泵等都需要通過此系統(tǒng)來獲取電能。同時，它還要為控制這些部件工作的電子元件供電，如：溫度傳感器、壓力開關(guān)等，以確保熱水器的正常運行。

然而，這樣的結(jié)構(gòu)設(shè)計卻不能很好的滿足家電“直流化”階段中新能源和儲能技術(shù)直接接入的需求。為了彌補這些不足之處，身為廚衛(wèi)電器的民族企業(yè)萬家樂，借鑒了國內(nèi)外其他行業(yè)直流電器的設(shè)計經(jīng)驗，對現(xiàn)有燃氣熱水器的電氣結(jié)構(gòu)（如圖10所示）從設(shè)計到生產(chǎn)、使用、維護全方位地進行系統(tǒng)性分析，針對現(xiàn)有燃氣熱水器部分直流化的不足進行深入研究，發(fā)現(xiàn)在燃氣熱水器直流化設(shè)計過程中會存下以幾方面的技術(shù)難點。

圖10. 現(xiàn)有燃氣熱水器內(nèi)部的電氣結(jié)構(gòu)圖

3.2.1.1能源利用率低

行業(yè)內(nèi)帶直流風(fēng)機或直流水泵的燃氣熱水器產(chǎn)品，大部分采用了控制器與電源的一體化設(shè)計，其內(nèi)部電壓種類繁多，如：AC220V以及DC40V、36V、24V、12V、5V等。從能源角度考慮，除了交-直流轉(zhuǎn)換過程中開關(guān)電源存在電能損耗，其余各級直流電壓間的降壓轉(zhuǎn)換電路（如圖11所示）也會存在較大電能損耗。根據(jù)萬家樂企業(yè)試驗室內(nèi)部測試經(jīng)驗分析得出此類產(chǎn)品在交流電網(wǎng)中應(yīng)用，整體的能源利用率大約降低了10%，背離了最初直流高效的設(shè)計理念。

圖11. 燃氣熱水器電壓轉(zhuǎn)換電路

3.2.1.2電磁兼容干擾現(xiàn)象

在電源與控制器的一體化設(shè)計中，電磁兼容（EMC）是一個必須要關(guān)注的問題。控制系統(tǒng)強弱電一體化設(shè)計會存在較強的干擾性，影響電源和控制器間彼此的正常工作。這種干擾可能是來自電源的高頻開關(guān)噪聲、電磁輻射，也可能是來自控制器內(nèi)部的信號線和電源線上的耦合干擾等。即便經(jīng)過了共模電感進行處理，干擾現(xiàn)象依然存在，它會對系統(tǒng)的穩(wěn)定運行產(chǎn)生一定的影響。此外，直流伺服器件啟動時也存在一定的干擾性，兩者相互耦合，甚至還會對電網(wǎng)造成一定的干擾，如圖12所示。因此，在設(shè)計階段就需使用很多抗干擾性強的隔離器件或保護器件對此進行優(yōu)化處理。

圖12. 燃氣熱水器EMC干擾示意圖

3.2.1.3外部漏電的安全隱患

一般家用電器內(nèi)部的電氣件在耐壓、絕緣方面均有相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求，因此在使用過程中也會比較安全，但不排除隨著時間的推移在長期使用過程中會存在老化、或因其他原因?qū)е碌慕^緣層破損、用戶復(fù)雜地線環(huán)境變化等因素而引發(fā)的漏電問題，導(dǎo)致了器具金屬外殼帶電。當(dāng)?shù)鼐€失效時，人體接觸帶電部件后會與大地形成回路，從而引發(fā)觸電事故的發(fā)生。

當(dāng)家中其他電器內(nèi)部出現(xiàn)漏電情況時，也會通過地線傳輸使熱水器的金屬外殼帶電，并通過燃氣管道和大地形成回路，回路電流的大小取決于燃氣管道對地電阻的大小，詳情如圖13所示（黃色線代表漏電電流走向，正常地線不帶電，用綠色示意）。因此，用電安全也是熱水器直流化過程中要解決的問題之一。

圖13. 因其他電器漏電導(dǎo)致燃氣熱水器帶電的示意圖

3.2.2 燃氣熱水器直流化設(shè)計的優(yōu)勢

熱水器直流化設(shè)計的優(yōu)勢主要表現(xiàn)在能效、安全性、智能化以及用戶使用舒適性、適應(yīng)性等方面，能夠滿足現(xiàn)代家庭對燃氣熱水器的多元化需求。

3.2.2.1安全性設(shè)計優(yōu)勢

在安全性方面，全直流技術(shù)能為燃氣熱水器的控制系統(tǒng)提供穩(wěn)定的直流電源，無需整流器進行交-直流電壓轉(zhuǎn)換，可優(yōu)化燃氣熱水器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。并且風(fēng)機、水泵等部件均可使用直流供電方式，可采用全直流技術(shù)對其電壓、電流進行精確控制，以實現(xiàn)熱水器智能點火、精確控溫等功能，提高了熱水器的加熱速度和出水溫度的穩(wěn)定性。

3.2.2.2 高效節(jié)能設(shè)計優(yōu)勢

燃氣熱水器中的風(fēng)機和水泵等部件通常采用電機驅(qū)動，電機的優(yōu)劣會直接影響整機的性能。傳統(tǒng)的交流電機在啟動和運行過程中會產(chǎn)生較大的能量損耗和噪聲。而使用直流變頻電機的燃氣熱水器，其內(nèi)部會采用直流電流來控制加熱功率，能實現(xiàn)對加熱效果的調(diào)節(jié)。與傳統(tǒng)的交流變頻技術(shù)相比，直流變頻技術(shù)能夠根據(jù)實際需求自動調(diào)節(jié)燃氣供應(yīng)和燃燒狀態(tài)的精準(zhǔn)控制，更加高效的將電能轉(zhuǎn)化為機械能，從而使熱水器的整機能效得到顯著提升，降低家庭用電成本。并且直流變頻電機無刷式的結(jié)構(gòu)設(shè)計會讓其在工作時產(chǎn)生比較小的噪聲；相反傳統(tǒng)的交流電機工作時，會由于單相位供電，導(dǎo)致其轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生較大的起伏，電機運行不夠平穩(wěn)，其工作噪聲也會比直流變頻的噪聲大很多。

3.2.2.3 智能化設(shè)計優(yōu)勢

燃氣熱水器的智能化與直流技術(shù)之間存在著相互促進的關(guān)系。首先，直流技術(shù)為熱水器的智能化提供了穩(wěn)定、高效的電源供給。并且直流電源具有電壓穩(wěn)定好、功率損耗低等優(yōu)勢，使得燃氣熱水器在工作過程中能夠獲得持續(xù)、穩(wěn)定的電力供給，進而能夠確保智能化系統(tǒng)（如：調(diào)節(jié)水溫、水量等參數(shù)）正常穩(wěn)定的運行。因此，直流化技術(shù)是燃氣熱水器智能化基礎(chǔ)保障。其次，直流技術(shù)與智能化的完美結(jié)合也使得燃氣熱水器能夠適應(yīng)不同的使用場景，滿足用戶使用需求。讓熱水器智能學(xué)習(xí)用戶的洗浴習(xí)慣，并基于這些數(shù)據(jù)自動調(diào)整水溫、水量等參數(shù)，為使用者提供更加舒適、節(jié)能的沐浴體驗。此外，用戶還可以通過手機APP或其他智能設(shè)備遠程調(diào)控?zé)崴鳎瑢崿F(xiàn)水溫的精準(zhǔn)設(shè)定和定時功能。這種智能化設(shè)計極大提升了日常使用的便利性，滿足了現(xiàn)代家庭對智能生活的需求。

3.3小結(jié)

隨著消費者節(jié)能環(huán)保意識的增強，高效、節(jié)能的燃氣熱水器也逐漸成為市場的主流產(chǎn)品。燃氣熱水器的直流化設(shè)計可優(yōu)化其內(nèi)部結(jié)構(gòu)和工作原理；同時也推動了燃氣熱水器智能化發(fā)展，使熱水器更加安全可靠，降低能耗，多元化的外觀設(shè)計和智能化發(fā)展也滿足了消費者對品質(zhì)生活的向往。

四、直流燃氣熱水器技術(shù)解讀和優(yōu)勢

4.1 低壓全直流燃氣熱水器技術(shù)解讀

低壓全直流燃氣熱水器是將低壓直流技術(shù)應(yīng)用于燃氣熱水器控制系統(tǒng)，實現(xiàn)對熱水器工作狀態(tài)的精確控制。與交流電相比直流電更易于檢測和控制，因此使用低壓全直流技術(shù)的燃氣熱水器在用電安全方面會表現(xiàn)得更為出色。同時，低壓直流技術(shù)還可以減少電力損耗，提高能源的利用率，從而實現(xiàn)節(jié)能的效果。在功能方面，低壓全直流燃氣熱水器技術(shù)還能與其它先進技術(shù)相結(jié)合，進一步提升熱水器的性能。

4.1.1低壓全直流燃氣熱水器的總體設(shè)計思路

低壓全直流燃氣熱水器的總體設(shè)計思路主要圍繞高效、安全、穩(wěn)定以及智能化等方面展開。作為燃氣熱水器的行業(yè)的引領(lǐng)企業(yè)萬家樂，針對低壓全直流燃氣熱水器設(shè)計的技術(shù)難點進行了潛心研究并成功研制了低壓全直流燃氣熱水器產(chǎn)品，以順應(yīng)未來直流家電技術(shù)發(fā)展的大趨勢。

4.1.2“化繁為簡”變革底層電氣架構(gòu)

燃氣熱水器內(nèi)部電氣線路復(fù)雜，多種控制元件相互交錯連接，不同的元器件需要加載不同的直流電壓，因此電氣架構(gòu)是整個電路的基礎(chǔ)和骨架。只有把最基礎(chǔ)架構(gòu)設(shè)計合理和順暢才能保證元器件工作的穩(wěn)定和安全。為此，萬家樂的工程師對燃氣熱水器底層電氣架構(gòu)進行革新性設(shè)計與整合，“化繁為簡”所有伺服器件均統(tǒng)一為一種高效低壓直流進行驅(qū)動。在統(tǒng)一電壓的基礎(chǔ)上，讓各元器件穩(wěn)定工作，不僅能節(jié)約能耗同時也降低了電氣件的成本，還能提升了產(chǎn)品的可靠性，因此整機電氣系統(tǒng)主要分為低壓電源系統(tǒng)、低壓主控系統(tǒng)、低壓控氣、控風(fēng)、控水等主要模塊。

圖14.燃氣熱水器電氣底層架構(gòu)示意圖

4.1.3全直流控制系統(tǒng)設(shè)計

在實際應(yīng)用中開關(guān)電源工作時會處于高電壓大電流的工作狀態(tài)，其工作電壓和電流的波形中也會含有大量的高次諧波分量。這些高次諧波分量可在產(chǎn)品內(nèi)部產(chǎn)生電磁場，導(dǎo)致產(chǎn)品工作的不穩(wěn)定，降低了產(chǎn)品的性能。其次，開關(guān)電源中的主要元器件有：變壓器、功率開關(guān)管、電容等。在高頻開關(guān)過程中它們可能會產(chǎn)生諧波振蕩通過分布式電容傳入內(nèi)部電路，也可能通過散熱器和變壓器向空間輻射，對周圍的電子產(chǎn)品產(chǎn)生干擾。而熱水器中的伺服器內(nèi)件包含了復(fù)雜的電路和電器元件，如：電機、驅(qū)動器、傳感器等。這些元器件在工作時也會產(chǎn)生電磁場，受元器件間電磁耦合作用的影響，可能會產(chǎn)生電磁干擾現(xiàn)象，導(dǎo)致直流系統(tǒng)出現(xiàn)更多的紋波，干擾控制系統(tǒng)的正常工作，如圖15所示。

圖15.電磁干擾空間傳播示意圖

為了解決這一問題，萬家樂的工程師們對全直流控制系統(tǒng)進行了優(yōu)化設(shè)計，并采用物理隔離和軟件控制等設(shè)計方式，減少了電磁干擾對產(chǎn)品的影響。

4.1.4低壓供電設(shè)計

對于直流家電產(chǎn)品，目前國內(nèi)外沒有統(tǒng)一的直流電壓分級標(biāo)準(zhǔn)。最早，國內(nèi)是根據(jù)不同的生產(chǎn)環(huán)境和作業(yè)場所，在GB 3805-1983《安全電壓》標(biāo)準(zhǔn)中將安全電壓劃分為42V、36V、24V、12V和6V這五個等級，以防止在勞動生產(chǎn)過程中因觸電而造成的人身傷害。標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定，當(dāng)電氣設(shè)備采用的電壓超過24V時，則必須采取防止直接接觸帶電體的防護措施。隨著研究的深入，該標(biāo)準(zhǔn)已更新為GB/T 3805-2008《特低電壓（ELV）限值》，并通過環(huán)境狀況和故障類型進行分級，而其他標(biāo)準(zhǔn)對安全電壓的定義也是參考了GB/T 3805-2008，具體如表１所示。

在不同的使用條件下，標(biāo)準(zhǔn)中對安全電壓的要求也并不相同，因而使用“安全電壓”不一定絕對安全，還需要充分考慮電流的因素。

觸電對人體造成的傷害主要取決于經(jīng)過人體的電流強度以及持續(xù)時間。GB/T 13870.1-2022《電流對人和家畜的效應(yīng) 第1部分：通用要求》中規(guī)定，在接觸直流電壓時，流過人體的電流大小取決于電壓和人體電阻的大小。人體電阻的大小則與接觸面積、電壓大小、皮膚狀態(tài)、電流路徑等因素有關(guān)，且流經(jīng)人體的電流不能超過25mA，具體分析如下圖16和表2所示。

圖16.直流電流和持續(xù)時間對人體效應(yīng)的區(qū)域劃分

表2 各區(qū)域的生理效應(yīng)

自2019年10月1日起，家用燃氣器具正式納入CCC認(rèn)證的管理范圍，為了保障產(chǎn)品質(zhì)量，燃氣熱水器產(chǎn)品必須執(zhí)行GB 6932和GB 4706.1這兩個標(biāo)準(zhǔn)。而這兩個標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的安全特低電壓均是不應(yīng)超過42V，并且當(dāng)安全特低電壓是從電網(wǎng)中獲取時，應(yīng)通過一個安全隔離變壓器或一個帶分離繞組的轉(zhuǎn)換器。顯然標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的電網(wǎng)是一個交流電網(wǎng)。因此直流安全電壓的選擇也可參考GB/T156-2017《標(biāo)準(zhǔn)電壓》，該標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定了直流額定電壓優(yōu)選值與備選表，如表3所示。由于直流30V的電壓在實施過程中可選擇的電氣零件方案較少，因此萬家樂的工程師們最終選擇與其相鄰較近的優(yōu)選值——24V作為額定電壓在潮濕區(qū)域中使用的電源值，為低壓全直流燃氣熱水器提供工作所需的額定電壓。

4.1.5交直流電網(wǎng)兼容性接入設(shè)計

目前全國各省市都在積極推動智能樓宇、零碳建筑、綠色產(chǎn)業(yè)園和光儲直柔等示范建筑，這也加快了直流供電技術(shù)的落地。盡管如此，目前現(xiàn)有的供電方式仍會以交流供電為主，并且在未來相當(dāng)長的一段過渡時間范圍內(nèi)也將以交、直流電網(wǎng)并存的狀態(tài)而存在。因此，現(xiàn)階段的低壓全直流燃氣熱水器暫時仍需要一個可拆卸的外置電源適配器將電網(wǎng)中的交流電轉(zhuǎn)換成直流電為熱水器進行供電。如17圖所示。

圖17.現(xiàn)階段的低壓全直流燃氣熱水器供電接口示意圖

4.2 低壓全直流技術(shù)對燃氣熱水器性能的提升

4.2.1能耗方面

首先，從整機層面看，低壓全直流燃氣熱水器內(nèi)部采用直流變頻風(fēng)機可根據(jù)用戶的使用需求進行精準(zhǔn)調(diào)速并匹配風(fēng)量，讓熱水器充分燃燒，不會因風(fēng)速過高而帶走太多的熱量，相比傳統(tǒng)的交流燃氣熱水器可提供更高的燃燒效率。

其次，熱水器在低負荷燃燒階段工作時，直流風(fēng)機可降低風(fēng)速，減少電機的功率；在高負荷燃燒階段又能夠增大風(fēng)速。根據(jù)負荷變化使用不同大小的耗氣量與風(fēng)量實現(xiàn)充分燃燒，在相同條件下，交流風(fēng)機則很難實現(xiàn)，尤其是在常用負荷點的半開熱效率提高了約4.2%注1。

綜上，低壓全直流燃氣熱水器在能耗方面具有顯著的優(yōu)勢，其高效的燃燒技術(shù)、智能調(diào)節(jié)功能，以及直流變頻技術(shù)都使得燃氣熱水器在運行時能夠最大程度地降低能耗，相比傳統(tǒng)全交流燃氣熱水器整機電功率降低40%注1，多方位實現(xiàn)節(jié)能效果提升。

注1：以上試驗數(shù)據(jù)來源于第三方檢測機構(gòu)及萬家樂企業(yè)試驗室。

4.2.2安全方面

傳統(tǒng)家用電器的電源幾乎都是AC220V供電，使用時電壓會比較高，需要注意用電安全。倘若發(fā)生地線帶電的情況，就可能會引發(fā)其他家電設(shè)備帶電，而引發(fā)觸電風(fēng)險。如果在干燥環(huán)境、大面積、手到手長時間接觸帶電部件，就會對肌肉造成強烈肌肉反應(yīng)，其接觸的直流電壓閾值為DC43V，具體如下表4所示。

鑒于當(dāng)前用電環(huán)境仍以交流電網(wǎng)為主，因此現(xiàn)階段直流熱水器需搭配電源適配器使用。電源適配器內(nèi)部使用的是安全隔離變壓器，交流電被完全隔離在燃氣熱水器外，并且電源適配器采用的是塑料外殼，可作為加強絕緣將帶電部件包裹起來，以防止電源適配器意外漏電，這樣就能從根源上提高了燃氣熱水?