馬潔丹，臧松彥

(1.珠海格力電器股份有限公司，珠海 519070；2.國(guó)家節(jié)能環(huán)保制冷設(shè)備工程技術(shù)研究中心，珠海 519070)

歐盟空氣源熱泵(靜態(tài))熱水器生態(tài)設(shè)計(jì)測(cè)試研究

馬潔丹1，臧松彥2

(1.珠海格力電器股份有限公司，珠海 519070；2.國(guó)家節(jié)能環(huán)保制冷設(shè)備工程技術(shù)研究中心，珠海 519070)

[摘要]本文結(jié)合法規(guī)EU No.812/2013、EU No.814/2013和標(biāo)準(zhǔn)EN 16147:2011對(duì)空氣源熱泵熱水器的ERP測(cè)試方法和要求進(jìn)行分析和總結(jié)，并提出測(cè)試過(guò)程中的各個(gè)注意事項(xiàng)，以便讀者更好了解新法規(guī)對(duì)熱泵能效的測(cè)試要求。

[關(guān)鍵詞]空氣源熱泵熱水器；ERP；測(cè)試方法

引言

隨著人們生活水平的提高，越來(lái)越多的家庭希望家里的熱水器能夠隨時(shí)供應(yīng)生活熱水，不但可以洗個(gè)舒服的熱水澡，也可洗漱、洗碗或其它清潔用途。家庭生活用水熱泵(空氣源熱泵熱水器)能夠在人們需要生活熱水時(shí)，實(shí)現(xiàn)及時(shí)供應(yīng)。作為環(huán)保節(jié)能的產(chǎn)品，生活用水熱泵備受歡迎。

2011年歐盟發(fā)布了針對(duì)家庭生活用水熱泵的測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)EN16147:2011，供相關(guān)廠家參考使用。為了進(jìn)一步規(guī)范市場(chǎng)，促進(jìn)新技術(shù)的不斷應(yīng)用和提升，2013年9月6日歐盟針對(duì)空氣源熱泵熱水器發(fā)布了首次最新的能效法規(guī)要求，即ERP生態(tài)設(shè)計(jì)法規(guī)EU No.814/2013和能源標(biāo)簽法規(guī)EU No.812/2013。

本文針對(duì)歐盟關(guān)于空氣源熱泵熱水器的加熱效率ηwh、最大可用熱水量Vmax要求進(jìn)行測(cè)試方法研究，并進(jìn)行總結(jié)和分析，供相關(guān)單位參考。

1空氣源熱泵熱水器ERP法規(guī)與標(biāo)準(zhǔn)

1.1　EU No.812/2013

EU No.812/2013是關(guān)于各種負(fù)載間檔的熱水器能效、水箱的能效等級(jí)劃分要求，以及各種熱水器和水箱的能源標(biāo)簽的標(biāo)識(shí)格式要求、產(chǎn)品卡片標(biāo)稱信息要求、各種熱水器的測(cè)試條件要求、熱水機(jī)能效計(jì)算方法、市場(chǎng)監(jiān)督的核查要求。該法規(guī)是針對(duì)熱水器各項(xiàng)宣稱信息的規(guī)定。

1.2　EU No.814/2013

EU No.814/2013是關(guān)于熱水器的ERP生態(tài)設(shè)計(jì)法規(guī)，法規(guī)規(guī)定了不同負(fù)載間檔的產(chǎn)品的熱水器的能效最小值、40℃混合水總量最小值、貯熱水箱的存儲(chǔ)損耗最小值以及對(duì)應(yīng)的實(shí)施時(shí)間。

1.3　EN16147:2011

EN16147：2011是對(duì)熱泵熱水器能效測(cè)試方法的描述，包括對(duì)測(cè)試儀器及儀器的不確定性、熱泵的安裝要求、性能和能耗測(cè)試方法等。

1.4　EU No.812/2013、EU No.814/2013和EN 16147:2011三者間的關(guān)系

EU No.812/2013、EU No.814/2013法規(guī)(以下簡(jiǎn)稱法規(guī))的發(fā)布時(shí)間為2013年9月6日，標(biāo)準(zhǔn)EN16147:2011(以下簡(jiǎn)稱標(biāo)準(zhǔn))的發(fā)布日期為2011年1月。盡管法規(guī)的附錄規(guī)定了相關(guān)的測(cè)試要求，但是不明確詳細(xì)，不具備操作性。測(cè)試方法用EN16147標(biāo)準(zhǔn)描述的方法，標(biāo)準(zhǔn)描述與法規(guī)要求有沖突時(shí)，以法規(guī)要求為準(zhǔn)。

2法規(guī)能效要求參數(shù)及標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算公式

2.1　ERP要求參數(shù)

根據(jù)法規(guī)限值要求，主要體現(xiàn)在加熱效率ηwh、最大可用熱水量Vmax。

加熱效率ηwh通過(guò)法規(guī)EU No.812/2013規(guī)定的計(jì)算方法綜合計(jì)算得出。最大可用熱水量Vmax通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)EN161476:2011第6.6章公式(13)綜合計(jì)算得出。

2.2　熱泵加熱效率ηwh計(jì)算公式

依據(jù)EU No.812/2013的附錄VIII的3.(a)的加熱效率ηwh計(jì)算公式：

針對(duì)普通的空氣源熱泵熱水器(不帶智能型控制器的空氣源熱泵熱水器)，上述公式簡(jiǎn)化為：

ηwh=Qref/(CC·Qelec-k·24·Pstby)

式中：

Qref—對(duì)應(yīng)放水模式下的放水熱量；

Qelec—放水模式結(jié)束下的耗電量；

Pstby—無(wú)熱水需求下，產(chǎn)品在運(yùn)行模式下的熱泵熱水器的熱損失；

CC—轉(zhuǎn)化系數(shù)，2.5；

K—校正因數(shù)，各負(fù)載間擋的K值見表1。

表1K值

3XS,XXS,XS,S,M,L,XLXXL,3XL,4XLK0,230,0

2.3　最大可用熱水量Vmax計(jì)算公式

標(biāo)準(zhǔn)EN16147：2011中的最大可用熱水量Vmax計(jì)算公式：

3測(cè)試項(xiàng)目和測(cè)試條件

3.1　測(cè)試項(xiàng)目及原理

3.1.1測(cè)試項(xiàng)目

對(duì)于普通的空氣源熱泵熱水器(不帶智能型控制器的空氣源熱泵熱水器)，根據(jù)加熱效率ηwh、最大可用熱水量Vmax的公式可知，涉及Pstby、Qref、Qelec、Vmax參數(shù)的確定，共涉及三個(gè)測(cè)試項(xiàng)目測(cè)試，分別為：待機(jī)功耗測(cè)試、放水循環(huán)測(cè)試、40℃熱水最大放水量測(cè)試。

法規(guī)要求的測(cè)試方法與EN16147相同，不同的是測(cè)試條件不同。

3.1.2測(cè)試原理

標(biāo)準(zhǔn)EN16147對(duì)這幾個(gè)參數(shù)的測(cè)試項(xiàng)目模擬熱水器正常的工作狀態(tài)，及測(cè)試項(xiàng)目的安排進(jìn)行各個(gè)參數(shù)的測(cè)試考核。為了使測(cè)試可以連續(xù)進(jìn)行，標(biāo)準(zhǔn)將這幾個(gè)測(cè)試連接一起進(jìn)行，測(cè)試具體可以分為啟動(dòng)加熱階段1、水溫達(dá)到設(shè)定的溫度進(jìn)入連續(xù)保溫階段2、循環(huán)放水測(cè)試階段3、最大放水量測(cè)試階段4。

待機(jī)功耗是熱泵在完成將水加熱至設(shè)定水溫后，停止加熱，直至水溫低于設(shè)定值再次啟動(dòng)期間消耗的功率。因此需要機(jī)組啟動(dòng)運(yùn)行至達(dá)到水溫停止加熱，到機(jī)組再次啟動(dòng)加熱的一個(gè)周期進(jìn)行待機(jī)功耗的測(cè)試。標(biāo)準(zhǔn)考慮到此周期的一個(gè)穩(wěn)定性，選擇了機(jī)組加熱至設(shè)定溫度停止加熱后6個(gè)壓縮機(jī)開停周期或48小時(shí)后第一個(gè)壓縮機(jī)開停的周期內(nèi)最后一個(gè)壓縮機(jī)開停的周期，作為測(cè)試周期。因此此階段可在機(jī)組啟動(dòng)加熱的階段1后進(jìn)行測(cè)試，即階段2。

放水循環(huán)測(cè)試是體現(xiàn)熱水器能效的主要測(cè)試階段。此階段主要是模擬生活各項(xiàng)用水過(guò)程中，測(cè)得熱水器產(chǎn)生的熱量和電量。此階段開始時(shí)，模擬熱水機(jī)已完成了熱水的加熱，開始進(jìn)行放水工作。此階段3剛好可以在階段2加熱至停機(jī)之后進(jìn)行放水。

最大放水量是在熱水器加熱至壓縮機(jī)關(guān)閉后以規(guī)定水流量進(jìn)行放水測(cè)試，直至出水水溫低于40℃。此階段4是從壓機(jī)加熱停機(jī)后進(jìn)行，而第3階段的測(cè)試是在進(jìn)行7∶30至21∶45階段或之后最后一個(gè)壓機(jī)加熱完成關(guān)閉后的周期內(nèi)進(jìn)行，剛好符合在壓機(jī)完成加熱停機(jī)后的條件。因此，此兩項(xiàng)測(cè)試也可以連續(xù)進(jìn)行。

如果實(shí)驗(yàn)室和設(shè)備軟件允許，整個(gè)測(cè)試過(guò)程是可以完全自動(dòng)控制，并且連續(xù)完成的。

3.2　測(cè)試條件

3.2.1環(huán)境條件(以法規(guī)要求為準(zhǔn))：見表2

表2環(huán)境條件

空氣源室外空氣室內(nèi)空氣廢氣氣候條件普通寒冷溫暖不適用溫度(℃)(干球/濕球)7/62/114/1320/15max20/12

3.2.2其他條件：見表3

表3其他條件

條件要求測(cè)試電源電壓額定電壓測(cè)試電源頻率額定頻率空氣源側(cè)的風(fēng)量名義的或廠家宣稱的最大風(fēng)量進(jìn)水溫度10℃

3.2.3儀器和不確定度

按照EN 16147:2011的表1和表2要求。

3.3　待機(jī)功耗測(cè)試——用以確定公式中的Pstby

在水箱中加滿水，開始運(yùn)行，直到機(jī)組自動(dòng)停機(jī)，進(jìn)行待機(jī)功耗的測(cè)試。此階段需要連續(xù)運(yùn)行6個(gè)完整周期(壓縮機(jī)停機(jī)到下一個(gè)壓縮機(jī)停機(jī)為一個(gè)完整的周期)，或者測(cè)試進(jìn)行48h后的第一次壓縮機(jī)停機(jī)時(shí)測(cè)試結(jié)束。記錄最后一個(gè)完整周期所用的時(shí)間t(h)及耗電量W(kWh)，用以下公式計(jì)算待機(jī)功耗Pstby(kW)：

Pstby=W/t

3.4　放水模式及水流量(法規(guī)要求)

3.4.1放水模式

EU No.812/2013法規(guī)共給出了8個(gè)放水模式，分別為3XS、XXS、XS、S、M、L、XL、XXL；

EU No.814/2013法規(guī)共給出了10個(gè)放水模式，分別3XS、XXS、XS、S、M、L、XL、XXL、3XL和4XL.

EN16147標(biāo)準(zhǔn)工給出了5個(gè)放水模式，分別為S、M、L、XL、XXL；

法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)中描述的放水模式除了數(shù)量不同外，相同放水模式的要求是相同的。

3.4.2水流量

放水時(shí)的水流量依據(jù)法規(guī)中不同放水模式要求的流量。根據(jù)法規(guī)要求，水流量共有12種放水流量要求，分別為2、3、4、5、6、10、16、24、32、48、64、96，單位為l/min。

3.4.3測(cè)試

在宣稱放水模式下的有效能量Qref、耗電量Qelec(簡(jiǎn)稱放水測(cè)試)——用以確定公式中的Qref，Qelec。

本文以L模式為例進(jìn)行說(shuō)明(見表4)：

表4

序號(hào)h/mmQtap(kWh)f(l/min)TmTp107∶000.105325207∶051.400640307∶300.105325407∶450.105325508∶053.605101040608∶250.105325708∶300.105325808∶450.105325909∶000.1053251009∶300.1053251110∶300.105310401211∶300.1053251311∶450.1053251412∶450.315410551514∶300.1053251615∶300.1053251716∶300.1053251818∶000.1053251918∶150.1053402018∶300.1053402119∶000.1053252220∶300.735410352321∶003.6051010402421∶300.105325Qref(kWh)11.655

注：

Qtap為有效含能量，即指溫度大于等于有效水溫、流速大約等于有效水流量時(shí)的熱水的能含量，單位為kWh。

f為有效水流量，即提供參考能量的最低水流量，單位為l/min。

Tm為有效水溫，即開始計(jì)入有效熱量的最小溫度，單位為℃。

TP為峰值溫度，即放水期間需達(dá)到的最低溫度，單位為℃。

Qref為參考能量，即為特定負(fù)載擋下排水的有效能含量總和，單位為kWh。

根據(jù)進(jìn)行測(cè)試的放水模式，從法規(guī)中可查得對(duì)應(yīng)放水模式的參考能量Qref。測(cè)試按照法規(guī)中相關(guān)模式的要求進(jìn)行測(cè)試，包括放水時(shí)間、放水流量、每次放水的熱量、放水的溫度。記錄該放水模式下的放水實(shí)測(cè)放水熱量Qref，測(cè)試的實(shí)際時(shí)間tTTC(h)，tTTC期間熱泵所消耗的電功率Q(kWh)。

Qelec=Q-(tTTC-24)·Pstby+Qt

Qelec為日耗電量，即為測(cè)量放水周期內(nèi)的電量，單位為kWh。

Qt為整個(gè)放水周期內(nèi)電阻加熱器產(chǎn)生的熱量，單位為kWh。

tTTC的確定原則為：

從第一次放水開始的時(shí)間計(jì)算，tTTC至少為24h(圖1)或者24小時(shí)后的第一次壓縮機(jī)運(yùn)行停止的時(shí)刻(圖2)。

圖1

圖2

3.5　最大可用熱水量——用以確定法規(guī)要求的最大可用熱水量

在循環(huán)放水測(cè)試結(jié)束后，壓縮機(jī)停機(jī)的同時(shí)立即開始按照進(jìn)水流量(10±0.5)l/min每分鐘的水流量進(jìn)行放水，直至出水溫度低于40℃。

通過(guò)2.3計(jì)算公式積分得出出水溫度大于等于40℃的最大熱水量。

4測(cè)試注意事項(xiàng)

4.1　測(cè)試安裝

為了保證測(cè)試準(zhǔn)確度，測(cè)試工裝應(yīng)滿足測(cè)試要求。進(jìn)出水的溫度檢測(cè)采用鉑電阻，鉑電阻安裝在三通上(下圖Ti)。鉑電阻通過(guò)水箱的進(jìn)出水管伸入，并處于水管的正中央且盡可能的靠近水箱的進(jìn)出水口。

圖3

所有測(cè)試時(shí)使用的電源按廠家推薦的額定電壓和頻率。在熱泵最初啟動(dòng)之后，保持整個(gè)測(cè)試期間輸入電源的穩(wěn)定。環(huán)境溫度應(yīng)保持穩(wěn)定，為了確保出水口水溫不受環(huán)境溫度影響，盡可能的將出水管鉑電阻點(diǎn)進(jìn)行保溫隔離，最好在距離進(jìn)水口和出水口附近段水管進(jìn)行保溫，以確保進(jìn)入水箱水溫可以穩(wěn)定符合要求、出水口水溫在鉑電阻采樣處穩(wěn)定而準(zhǔn)確，保證出水口鉑電阻檢測(cè)的溫度是水箱排出的真實(shí)水溫。

4.2　待機(jī)功耗測(cè)試注意事項(xiàng)

在待機(jī)功耗測(cè)試期間，進(jìn)水閥和出水閥關(guān)閉。如果條件允許，將進(jìn)水管和排水管取下。

水箱周圍環(huán)境溫度維持在工況要求下的范圍內(nèi)，最好在水箱周圍用熱電偶進(jìn)行輔助監(jiān)控水箱周圍的環(huán)境溫度。

4.3　放水測(cè)試循環(huán)測(cè)試注意事項(xiàng)

家庭在生活用水的實(shí)際使用情況是水箱排放熱水，與水管排放的冷水進(jìn)行混合，冷熱水的混合比例由個(gè)人決定，沒(méi)有代表性。所以標(biāo)準(zhǔn)法規(guī)中給出的放水模式只能是模擬的，非真實(shí)的情況。

放水測(cè)試過(guò)程中，注意每次放水的Tm和Tp要

求。每次放水出水水溫低于Tm的水量對(duì)于針對(duì)放水熱量的貢獻(xiàn)是無(wú)效的。同時(shí)要兼顧放水要求的Tp，有Tp要求的放水時(shí)間段內(nèi)，出水溫度不能低于Tp；出水溫度一旦低于Tp，則使用電熱進(jìn)行加溫，并將電熱計(jì)入機(jī)組的輸入消耗功率。

放水時(shí)，每次的放水熱量小，時(shí)間短，流量計(jì)不能放在出水口(管)上，放在出水口(管)上沒(méi)有辦法保證水管內(nèi)的熱水計(jì)算在內(nèi)，即時(shí)計(jì)算在內(nèi)，誤差也會(huì)較大，導(dǎo)致測(cè)試不準(zhǔn)確。

4.4　最大可用熱水量Vmax測(cè)試注意項(xiàng)

根據(jù)法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)要求，測(cè)試最大可用熱水量。最大可用熱水量與產(chǎn)品的耗電量無(wú)關(guān)，為了Vmax最大，在測(cè)試過(guò)程中不要斷開電源，放水過(guò)程中壓縮機(jī)會(huì)重新啟動(dòng)持續(xù)的進(jìn)行加熱，直至出水溫度低于40℃。

5小結(jié)

本文結(jié)合法規(guī)EU No.812/2013、EU No.814/2013和標(biāo)準(zhǔn)EN 16147:2011對(duì)空氣源熱泵熱水器的ERP測(cè)試方法和要求進(jìn)行總結(jié)和分析，并提出測(cè)試過(guò)程中的各注意事項(xiàng)，以便讀者更好了解新法規(guī)對(duì)熱泵能效的測(cè)試要求。

6參考文獻(xiàn)

[1] (EU) NO 812/2013,supplementing Directive 2010/30/EU of the European Parliament and of the council with regard to the energy labeling of water heaters,hot water storage tanks and packages of water heater and solar device[S].

[2] (EU) NO 814/2013,implementing Directive 2009/125/EC of the European Parliament and of the Council with regard to ecodesign requirements for water heaters and hot water storage tanks[S].

[3] EN 16147:2011,Heat pumps with electrically driven compressors-Testing and requirements for marking of domestic hot water units[S].

[4] 張輝.歐洲靜態(tài)加熱式空氣源熱泵熱水機(jī)性能測(cè)試方法探討[J].制冷與空調(diào)，2013,13(6):49-51

Study of the Test about Ecodesign of Air Source Heat Pump (Static) Water Heater in European Market

MA Jiedan1,ZANG Songyan2

(1.GREE Electric Appliances, Inc.of Zhuhai,Zhuhai 519070,China;

2.National Engineering Research Center of Green Refrigeration Equipment,Zhuhai 519070,China)

Abstract：This paper analyzed and summarized the ERP test of Air source heat pump water heater,with the code of EU No.812/2013,EU No.814/2013 and the standard of EN 16147:2011,and brought forward notice of the test,for the reader knowing more about the energy efficiency test of heat pump.

Keywords：Air Source Heat Pump Water Heater；ERP；Test Method

[中圖分類號(hào)]TQ051.5[文獻(xiàn)標(biāo)示碼]A

doi:10.3696/J.ISSN.1005-9180.2015.01.015

文章編號(hào)：ISSN1005-9180(2015)01-075-05

作者簡(jiǎn)介：馬潔丹(1988-)，女，助理工程師，研究方向：熱泵測(cè)試技術(shù)。Email：majiedan@126.com

收稿日期：2014-10-15