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一、美國家庭能源結(jié)構(gòu) 美國家庭使用的能源是多元化的，既有電力、燃料油、液化氣這樣的二次能源，也有天然氣這樣的一次能源；既有太陽能、風能這樣的清潔能源，也有木材等傳統(tǒng)燃料。至2005年止，美國的111.1百萬個家庭單元實現(xiàn)通電，更有高達69.5百萬個家庭單元使用了天然氣，12.6百萬個家庭單元配備了液化氣，可以看出美國家庭氣化率很高，達到了70%左右，這也使得各種燃氣用具在美國大量使用。 表1. 能源配置情況
從能源使用數(shù)量上看，全部折算到焦耳后，2005年美國家庭年使用總能源量為2.285*10^13MJ，其中天然氣使用量最大，占能源使用總量的45%；電其次，占41%；液化氣占5%左右。使用電為能源的設備種類較多，如照明設備、制冷設備、各種電子設備等，天然氣、燃料油則更多地用于供暖系統(tǒng)，液化氣則多在偏遠地區(qū)作為天然氣的替代品使用。總體而言，在美國家庭能源消費中，燃氣占據(jù)半壁江山，這也是美國燃氣用具種類、數(shù)量較多的又一印證。 
從能源使用目的來看，在美國家庭消耗的能源中，41%用于供暖，20%用于生活熱水，13%用于制冷空調(diào)，其余用于照明以及其他家電。 二、 燃氣產(chǎn)品的主要種類 如下圖，一般美國家庭的常歸布局，燃氣由市政燃氣管網(wǎng)、或者遠程液化氣罐接入房子的地下室。在地下室，燃氣管路的一個分支接燃氣暖風機，一個中央供暖設備，該設施為一般美國家庭的主要供暖設備；另一個燃氣支路連接容積式燃氣熱水器，在美國容積式熱水器為主要的熱水提供設備；再一個燃氣分支接燃氣干衣機，干衣機與洗衣機一樣，為美國家庭的不可或缺的洗滌設備；燃氣管路向上，進入位于一樓的廚房，可能安裝了燃氣烤箱、或者燃氣烤箱灶，燃氣烤箱和烤箱灶組成了美國戶內(nèi)烹飪設備；同時，可能有一路或者若干路燃氣管路分支進入起居室、臥室、浴室，在那里可能安裝了燃氣壁爐、燃氣戶內(nèi)加熱器等局部供暖設備。
圖2、美國家庭常規(guī)布局 來自http://www.stevengalle.com/installation.htm 由此可知，目前一般美國家庭使用較多的燃氣用具有四類，即供暖設備、熱水設備、烹飪設備、洗滌設備。如前所述，這些設備的耗能美國家庭能耗的50%左右。 1、供暖設備 如前所述，燃氣供暖設備已經(jīng)是北美燃氣用具最大、數(shù)量最多的燃氣用具，根據(jù)其供熱范圍大小、以及使用位置可以分為中央供暖設備、局部取暖器。 中央供暖設備分為風暖、水暖兩種，其中風暖系統(tǒng)使用得最為廣泛。風暖系統(tǒng)類似中央控調(diào)系統(tǒng)，或者說是中央空調(diào)系統(tǒng)的一部分，如圖3，該系統(tǒng)的核心為中央供暖暖風爐，從暖風爐出來的熱空氣通過風管、風口進入房間，并通過回風口、回風管返回暖風爐，同時部分新風進入回風管，進而進入室內(nèi)。 圖4給出了暖風爐的剖面照片和示意簡圖，暖風爐結(jié)構(gòu)與我國常用的快速式熱水器類似，只是被加熱的工質(zhì)不是水而是空氣：燃燒器燃燒產(chǎn)生的高溫煙氣進入換熱器換熱，冷卻的煙氣通過煙道排出；換熱器加熱被風機加速的空氣，被加熱的空氣進入風管，風管將熱風送到需要供暖的房間的風口，實現(xiàn)對具體房間的加熱。風口處一般裝有溫控裝置，用于室內(nèi)溫度的調(diào)節(jié)。在既需要供暖又需要供冷的地區(qū)，該風管系統(tǒng)是供暖與供冷共用的，這也就促使了中央空調(diào)機組與中央供暖暖風爐的融合，產(chǎn)生了燃氣供暖成套機組，如圖5，該機組中包括制冷/制熱壓縮機和暖風爐兩部分，根據(jù)季節(jié)變化、室內(nèi)溫度的需要，機組進行制冷置熱切換，以達到室內(nèi)舒適恒溫的目的。 水暖系統(tǒng)則與我國的主要供暖形式類似，其核心部件是燃氣鍋爐，燃氣鍋爐加熱的熱水通過熱水管網(wǎng)進入不同房間，在需要加熱的地方布置換熱器，熱水的熱量通過換熱器與室內(nèi)空氣進行熱交換，從而起到供暖的作用。由于生活習慣、系統(tǒng)安全性與建筑結(jié)構(gòu)等原因，美國家庭較少的選用水暖。
圖3、中央供暖系統(tǒng)圖
圖4暖風爐的剖面圖
圖5 燃氣供暖成套機組 局部供暖設備種類豐富，根據(jù)煙氣排放地點不同，可以分為室內(nèi)直排和室外排放。其中室內(nèi)直排取暖器主要為室內(nèi)直排房間加熱器，如圖6，根據(jù)火焰情況，又可以分為藍焰、紅焰兩種，藍焰室內(nèi)直排房間加熱器一般使用管式大氣式燃燒器，火焰為純藍色，；而紅焰室內(nèi)直排房間加熱器一般使用板式全預混紅外燃燒起，火焰為亮紅色，故而得名。由于室內(nèi)煙氣直排，使用風險較大，因而限制了其品種的多樣化，而室外排放的局部供暖設備種類就多了一些。室外排放的局部供暖設備可以大致分為三類，一類是壁爐，如圖7、8；一類是室外排氣房間取暖器，如圖9；再就是局部供暖暖風爐，如圖10、11。壁爐是很多美國家庭必備的器具，無論是燃氣壁爐，還是電壁爐、燃木壁爐，它一方面起到了取暖作用，另外還有裝飾作用，根據(jù)其更多地偏向取暖還是裝飾，可以將壁爐分為裝飾性壁爐和壁爐取暖器兩種。從安裝方式來看，壁爐又可以分為獨立式、嵌壁式、埋入式等。無論哪一種，都在有一個美麗的外觀，具有供暖功能，而且比需要靚麗逼真的觀賞火焰。而室外排氣房間加熱器、局部供暖暖風爐則專注于室內(nèi)加熱，我們可以把它們看作一個以燃氣驅(qū)動的以加熱為目的的空調(diào)器。從體型上來看，室外排氣房間加熱器較局部供暖暖風爐要來的更小；從安裝方式來看，室外排氣房間加熱器為獨立式，而可以是獨立式，更多的是嵌壁式，或者置底式。由于室外排氣局部加熱設備沒有更多的約束，因而根據(jù)使用目的可以設計出各種樣式，但一般是上述功能的組合，如圖12，帶有嵌入式壁爐的暖風爐。另外，取暖設備還有車庫取暖器、建筑加熱器、多用途取暖器等等，在此不在敘述。
藍焰 紅焰 圖6 室內(nèi)直排房間加熱器
圖7 嵌壁式壁爐 來自empire說明書
圖8獨立式壁爐
圖9 室外排氣房間加熱器
圖10 嵌壁式局部供暖暖風機 來自Williams說明書
圖11 置底式局部供暖暖風機 來自Williams說明書
圖12 帶有嵌入式壁爐的暖風爐 來自Williams說明書
圖13 車庫取暖器
圖14 建筑取暖器
圖15 多用途取暖氣 2、熱水設備 由于美國生活水平較高，一般需要24小時生活熱水，因而熱水器美國家庭必備家電之一。在美國，燃氣熱水器有多種形式，家庭常用的為容積式燃氣熱水器，其容積在30-50加侖居多。 容積式熱水器，顧名思義這種熱水器內(nèi)部有一個存儲熱水的水罐，如下圖。容積式熱水器底部為燃燒器，上方為儲水罐，儲水罐中央為煙道，冷水自盡水管進入罐體底部進行加熱，加熱后的水由于密度變化上升至罐體頂部，使用熱水時，熱水自位于頂部的出水管排出。容積式熱水器一般帶有溫控裝置，用于控制罐體內(nèi)部的水溫。當罐內(nèi)水溫低于設定溫度時，燃燒器開始工作，對罐體加熱；當罐內(nèi)溫度達到設定溫度后，燃燒器進入伺服狀態(tài)。 由于容積式熱水器要始終保持罐內(nèi)熱水溫度，以便于熱水的隨時使用，而熱水的使用是間歇性的，這就造成熱水器有相當時間處于熱水保溫的伺服狀態(tài)，從而降低了該種熱水器的能效。隨著美國家庭對能效的重視程度的提高，目前，高效的快速式熱水器開始在美國有一定的市場，但仍處于起步階段。
圖16、容積式熱水器剖視圖 3、烹飪設備 美國家庭的家用烹飪設備為灶、烤箱、烤箱灶，多使用烤箱灶，也有相當一部分獨立烤箱，但單獨的燃氣灶使用較少。烤箱灶，作為美國的典型家用廚具，一般為三個功能的集合，即灶、烤箱、烘烤爐。根據(jù)三個功能部件處在整個器具的位置不同，烤箱灶又可以有多個不同的變形，一般多采用圖17中的形式，即上灶、中烤箱、下烘烤爐。由于生活習慣的原因，美國家庭更多地使用4眼及其以上灶具，每個灶眼功率不同、功用不同，炒菜、煲湯、煮咖啡各有其單獨的灶眼，甚至有些灶具的灶眼配備了燒烤專用鐵板。與中國家庭相比，美國家庭更多食用烘烤食物，因而一般配備烤箱、烘烤爐。烤箱使用燃燒的高溫煙氣對事物進行加熱，而烘烤爐者更多的使用明火，這樣兩者加工出的食物味道不同。
圖17、燃氣烤箱灶 4、洗滌設備 在洗滌設備中，以燃氣為動力的設備主要是干衣機。干衣機是美國家庭又一常用的設施，燃氣干衣機是其中的一種。燃氣干衣機是以燃氣為熱源的干衣設備，一般的干衣機結(jié)構(gòu)圖18。干衣機主要有燃燒設備和動力設備帶動的滾筒構(gòu)成，烘干過程中，衣物被放進滾筒，在電力的帶動下貫通旋轉(zhuǎn)，此時燃氣燃燒產(chǎn)生的高溫煙氣進入滾筒，對衣物進行烘烤，溫度降低的煙氣攜帶水氣由排煙管排出。當衣物水分降低到一定程度，干衣機停止工作。由于美國家庭不習慣于對洗滌的衣物進行晾曬，因而有八九成家庭使用干衣機，由于燃氣干衣安裝要求高，因而使用家庭相對較少，電干衣機則相對較多。
圖18、干衣機剖視圖 三、燃氣產(chǎn)品的市場保有量 承前所述，美國家庭的氣化率很高，因而美國家庭的燃氣用具使用量很大，這些燃氣產(chǎn)品主要包括獨立烤箱、烤箱灶、供暖設備、熱水器、干衣機等。供暖設備是使用量最大的燃氣產(chǎn)品，一般家庭至少有一套供暖設備，該套設備為主供暖設施，同時在某些需要加熱的局部空間再安裝一套供暖設備，此設備我們可以稱作輔助供暖設備。 依據(jù)美國能源部網(wǎng)站統(tǒng)計數(shù)據(jù)，到2005年，美國共有111.1 百萬個家庭單元，這里的家庭單元是從建筑方面的著眼，也可以說，到2005年底，美國有可以供111.1百萬個家庭使用的房屋建筑。在這111.1百萬個家庭單元中，有44.6百萬家庭單元使用燃氣烤箱灶，64.2百萬家庭單元家庭使用燃氣主供暖設備，62.7百萬家庭單元使用燃氣熱水器，20.3百萬家庭單元使用燃氣干衣機，具體數(shù)據(jù)見表2。若定義某燃氣產(chǎn)品的市場保有量與該類產(chǎn)品（無論何種能源驅(qū)動）的市場保有量的比值為燃氣產(chǎn)品的市場占有率，則2005年燃氣烤箱灶的市場占有率為50.6%，燃氣主供暖設備的市場占有率為58.5%，燃氣熱水器的市場占有率為56.5%，燃氣干衣機為23.2%，具體數(shù)據(jù)見表3。 表2、燃氣設備市場保有量 （百萬家庭單元）
表3、燃氣產(chǎn)品的市場占有率（百分比）
從最近三次的統(tǒng)計數(shù)據(jù)看，自1997年到2005年8年間，隨著美國家庭單元的增加，美國的燃氣具產(chǎn)品市場保有量穩(wěn)中有升，1997年美國有101.5百萬個家庭單元，到2005年增加到111.1百萬個家庭單元，增加9.5%左右，同期燃氣烤箱灶使用量增加12.6%，燃氣供暖設備增加10.5%，燃氣熱水器增加12.4%，燃氣干衣機增加25.3%。可以說，美國燃氣產(chǎn)品市場是穩(wěn)定的，燃氣產(chǎn)品的保有量是持續(xù)增加的。保守估計，若燃氣產(chǎn)品的平均壽命為10-15年，則燃氣熱水器的年需求量在四百萬到六百萬臺左右。其他產(chǎn)品可做類似估計。 四、適用標準及CSA認證能力 上述產(chǎn)品CSA均可以進行認證，認證標準分別為： 烤箱灶、烤箱： ANSI Z21.1/CGA IR 58 Household Cooking Gas Appliances 熱水器： ANSI Z21.10.1/CSA 4.1 Gas Water Heaters, Volume I, Storage Water Heaters With Input Ratings Of 75,000 Btu Per Hour Or Less ANSI Z21.10.3/CSA 4.3 Gas Water Heaters, Volume III, Storage Water Heaters With Input Ratings Above 75,000 Btu Per Hour, Circulating and Instantaneous 干衣機： ANSI Z21.5.1/CSA 7.1 Gas Clothes Dryers，Volume I, Type I Clothes Dryers ANSI Z21.5.2/CSA 7.2 Gas Clothes Dryers，Volume II, Type 2 Clothes Dryers 供暖設備： ANSI Z21.11.2 Gas-Fired Room Heaters, Volume II, Unvented Room Heaters ANSI Z21.13/CSA 4.9 Gas-Fired Low Pressure Steam And Hot Water Boilers ANSI Z21.47/CSA 4.3 Gas-Fired Central Furnaces ANSI Z21.50/CSA 2.22 Vented Gas Fireplaces ANSI Z21.76 Gas Fired Unvented Catalytic Room Heaters For Use With LPG ANSI Z21.86/CSA 2.32 Vented Gas-Fired Space Heating Appliances ANSI Z21.88/CSA 2.33 Vented Gas Fireplace Heaters CSA中國目前已在國內(nèi)開展的業(yè)務中，大部分產(chǎn)品為戶外燃氣用具以及部分商用燃氣用具，包括烤爐、煙熏爐、油炸爐、火雞鍋、燃氣燈、庭院取暖器、室外壁爐、便攜式取暖期、野營用灶、野營用取暖器、野營用燈、建筑取暖器、商用灶具等，同時開展了部分室內(nèi)用燃氣產(chǎn)品的認證工作，包括室內(nèi)直排房間加熱器、燃氣熱水器、暖風爐等。當前根據(jù)市場的需求，CSA中國的技術(shù)人員和實驗設備可以勝任燃氣灶、干衣機、壁爐、燃油取暖裝置等產(chǎn)品，若有市場需求，我們將進一步拓展我們的業(yè)務領(lǐng)域，豐富認證產(chǎn)品類別。 |
