曾光明 駱名文 陳文強

(廣東美的暖通設(shè)備有限公司，廣東 佛山 528311)

在澳大利亞和新西蘭市場上，銷售的熱泵熱水器需要滿足一定的能效要求，政府根據(jù)相關(guān)節(jié)能指標(STCs值)進行補貼。相關(guān)的能效測試標準就是AS/NZS 5125.1:2010，該能效測試標準是由澳洲標準委員會制定的針對澳洲新西蘭地區(qū)熱泵熱水機性能測試的測試標準。

1 測試精度要求

(1)空氣溫度/水溫:溫度測量儀器精度最好在0.1K或更好。

(2)校準范圍:水溫傳感器至少在5℃－65℃范圍內(nèi)進行校準，空氣溫度傳感器至少在5℃－35℃范圍內(nèi)進行校準。

(3)電表:測量工具的測量精度需要控制在0.5%或者更加精確;0.5級別的電子電表滿足要求(分辨率在1Wh的表盤式電表也滿足要求)。

2 產(chǎn)品安裝要求

被測試產(chǎn)品要按照生產(chǎn)商的安裝指引進行安裝，并使用推薦的安裝程序和配件。熱水器需安裝在平臺上，平臺的材料可以是木板、中密度纖維板、水泥、膠合板或其它類似木料，厚度為20－30mm，平臺的上表面距離地板約為300－400mm。

3 溫度點布置要求

水箱中的水必須按照實際水平面至少分為6等分。溫度傳感器必須安裝在水箱內(nèi)部，確保每個傳感器位于相應(yīng)各部分的質(zhì)心。

(1)對于立式水箱:溫度傳感器將被安裝在水箱內(nèi)的每一個水層的質(zhì)量中心位置。溫度傳感器要遠離陽極保護裝置和水箱內(nèi)壁。具體位置需要根據(jù)產(chǎn)品水箱圖紙進行計算得到。

(2)對于臥式水箱:傳感器位置必須按照下表1要求，是水箱直徑D的函數(shù)。在測試中，每個溫度傳感器的實際位置和規(guī)定位置的偏差要控制在±0.01D以內(nèi)。

表1

水箱溫度傳感器可以通過下列位置安裝:(a)陽極裝置開口(由于此測試的原因陽極可能被移除);(b)任何其他的進入水箱的位置(比如暫時不用的熱水出口或冷水進口);(c)泄壓閥開口(可取性較小);(d)當沒有其他選擇時，可通過水箱中溫度傳感器處開口設(shè)置(最不可取);

4 數(shù)據(jù)采集要求

采集數(shù)據(jù)點如下:空氣干球溫度;空氣濕球溫度或者相對濕度;水箱中心溫度(至少6個溫度傳感器);熱泵的電能輸入

數(shù)據(jù)采集頻次:每分鐘至少10次。

5 測試電源要求

測試電源:230V±2.5%，50Hz±1%，單相。

6 測試工況

澳洲性能測試過程中共4個測試工況具體見下表2:

不同測試條件對應(yīng)的環(huán)境溫度表2:測試條件 空氣溫度℃ 相對濕度% 1＜10 80～90 2 18～20 60～70 3 30～35 30～40 30～35 55～66 4

測試過程中對于測試工況的精度要求:空氣干球溫度平均每分鐘可允許的變化范圍為±1K;相對濕度每分鐘可允許的變化范圍±3

7 測試過程

在上述4個工況下，將水箱中的水從低溫加熱到熱泵熱水器的最高設(shè)定溫度。

測試過程中的水溫要求，見下表3:

不同測試條件的水溫要求表3:測試條件 測試開始時刻水溫 測試結(jié)束時刻水溫1﹤10℃2﹤熱泵熱水器最高15℃3﹤設(shè)定溫度25℃4﹤25℃

產(chǎn)品測試過程中不允許出現(xiàn)化霜，如果出現(xiàn)化霜則需要在規(guī)定濕度條件下重新調(diào)整空氣溫度直到不出現(xiàn)化霜現(xiàn)象。熱泵熱水機水箱最高溫度溫度需要超過用于殺菌的最高設(shè)定溫度。

8 數(shù)據(jù)處理過程

8.1 測試點周期相關(guān)說明

一個測試點周期是一系列水箱平均溫度改變量為5－5.5K的一分鐘平均數(shù)。不同測試點周期的水箱溫度范圍必須是重疊的。比如:第一個周期可能從10℃到15℃，而下一個周期可以為13℃到18℃。

測試點周期的取值要求:(a)至少有一個測試點周期的平均水箱溫度值跟表3中規(guī)定的開始時刻水溫和結(jié)束時刻水溫的差值在5K范圍內(nèi)。(b)在表3中規(guī)定的水溫內(nèi)，每10K至少包含3個測試點周期。(c)連續(xù)的測試點周期的水溫重疊值要小于3K。

8.2 計算過程

(a)按照測試點周期的定義，由于采集數(shù)據(jù)的頻率是每分鐘至少10次，所以要將數(shù)據(jù)全部處理成分鐘為單位的每分鐘平均值。

(b)按照測試點周期的取值方法，以5－5.5K為一周期，計算每個測試點周期的制熱量Q、平均功率Power、和性能系數(shù)COP。

具體的計算方法如下:

①測試周期的制熱量Q(kW)由公式(1)得到:

其中，Me=水和水箱當量的和=Mw+(kg)

Mw=水箱中水的質(zhì)量=ρV(kg)

ρ=水的密度(取值參照1995版IAPWS標準的值)(kg/m3)

V=水箱容積(m3)

Mt=與水接觸的水箱內(nèi)膽質(zhì)量(kg)

Cpt=水箱內(nèi)膽的比熱(kJ/kg K)

Cpw=水的比熱(取值參照1995版IAPWS標準的值)(kJ/kg K)

Cp=溫度為時水的比熱(kJ/kg K)

Tt1=測試點周期起始點平均水箱溫度(水箱內(nèi)溫度傳感器的平均值)(℃)

Tt2=測試點周期終點平均水箱溫度(水箱內(nèi)溫度傳感器的平均值)(℃)

N=測試點周期水溫從Tt1上升到Tt2所經(jīng)歷的時間(min)

Qloss=水箱標準熱損失(見標準AS/NZS 4692.1)(kWh/d)

②每個測試周期的平均功率Power由式(2)得到:

其中E2=測試點周期結(jié)束時刻電表讀數(shù)(kWh)

E1=測試點周期起始時刻電表讀數(shù)(kWh)

③每個測試點周期的性能系數(shù)COP由式(3)得到:

(c)數(shù)據(jù)相關(guān)性計算

將表2中的4個工況的所有測試點周期的COP計算值和Power測量值要用非線性二次方程(式4和式5)表示。

這里ai和pi為系數(shù)，由所有工況的測試點周期的測試或計算數(shù)據(jù)進行曲線擬合得到

Ta=測試點周期的空氣干球溫度平均值(℃)

9 低溫測試

根據(jù)標準，將熱泵系統(tǒng)根據(jù)環(huán)境溫度運行的條件分為3等級。

低溫等級A:在低溫下不需要輔助加熱裝置，適合低溫運行;

低溫等級B:在低溫下需要輔助加熱裝置;

低溫等級C:在低溫下完全不能運行;

對于低溫下完全不能運行的產(chǎn)品和不要進行低溫評估的產(chǎn)品都列為“低溫等級C”。

對于低溫等級A的產(chǎn)品需要進行低溫測試。

低溫測試工況要求:空氣干球溫度為0－2℃，相對濕度要求≥90%。

低溫測試工況正常情況的精度要求:空氣干球溫度平均每分鐘可允許的變化范圍為±1K;相對濕度每分鐘可允許的變化范圍±3%。

低溫測試初始10分鐘內(nèi)、化霜過程、化霜結(jié)束后10分鐘內(nèi)的精度要求:空氣溫度平均每分鐘可允許的變化范圍為± 2K，相對濕度:±6

低溫測試水溫要求:初始水溫＜10℃，終止水溫℃為熱泵正常退出溫度。

采集數(shù)據(jù)點如下:空氣干球溫度;空氣濕球溫度或者相對濕度;水箱中心溫度(至少6個溫度傳感器);熱泵的電能輸入

數(shù)據(jù)采集頻次:每分鐘至少10次。

根據(jù)采集的相關(guān)測試數(shù)據(jù)計算熱泵系統(tǒng)從初始溫度到熱泵正常退出整個過程的COP和能耗，將其與式(4)和式(5)根據(jù)TRNSYS模型模擬評估出來COP和能耗的理論值進行對比。由于低溫測試工況環(huán)境溫度較低，肯定會出現(xiàn)化霜現(xiàn)象導(dǎo)致能耗比模擬的理論值要高、COP比模擬的理論值要低。

由于化霜現(xiàn)象導(dǎo)致低溫性能衰減，所以要計算出衰減百分比，性能衰減的最小值為0%。

10 總結(jié)

澳洲熱泵熱水器的能效測試標準跟國標的測試過程類似，只是測試工況更多，但是計算處理過程比國標要復(fù)雜的多。根據(jù)該能效標準得出8個相關(guān)系數(shù)和低溫衰減值過后還需要根據(jù)TRNSYS模型進行模擬得出STCs值。