歐盟空氣源熱泵(靜態(tài))熱水器生態(tài)設計測試研究

馬潔丹，臧松彥

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

歐盟空氣源熱泵(靜態(tài))熱水器生態(tài)設計測試研究

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.國家節(jié)能環(huán)保制冷設備工程技術研究中心，珠海 519070)

[摘要]本文結合法規(guī)EU No.812/2013、EU No.814/2013和標準EN 16147:2011對空氣源熱泵熱水器的ERP測試方法和要求進行分析和總結，并提出測試過程中的各個注意事項，以便讀者更好了解新法規(guī)對熱泵能效的測試要求。

[關鍵詞]空氣源熱泵熱水器；ERP；測試方法

引言

隨著人們生活水平的提高，越來越多的家庭希望家里的熱水器能夠隨時供應生活熱水，不但可以洗個舒服的熱水澡，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，實現(xiàn)及時供應。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)布了針對家庭生活用水熱泵的測試標準EN16147:2011，供相關廠家參考使用。為了進一步規(guī)范市場，促進新技術的不斷應用和提升，2013年9月6日歐盟針對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)設計法規(guī)EU No.814/2013和能源標簽法規(guī)EU No.812/2013。

本文針對歐盟關于空氣源熱泵熱水器的加熱效率ηwh、最大可用熱水量Vmax要求進行測試方法研究，并進行總結和分析，供相關單位參考。

1空氣源熱泵熱水器ERP法規(guī)與標準

1.1　EU No.812/2013

EU No.812/2013是關于各種負載間檔的熱水器能效、水箱的能效等級劃分要求，以及各種熱水器和水箱的能源標簽的標識格式要求、產(chǎn)品卡片標稱信息要求、各種熱水器的測試條件要求、熱水機能效計算方法、市場監(jiān)督的核查要求。該法規(guī)是針對熱水器各項宣稱信息的規(guī)定。

1.2　EU No.814/2013

EU No.814/2013是關于熱水器的ERP生態(tài)設計法規(guī)，法規(guī)規(guī)定了不同負載間檔的產(chǎn)品的熱水器的能效最小值、40℃混合水總量最小值、貯熱水箱的存儲損耗最小值以及對應的實施時間。

1.3　EN16147:2011

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

1.4　EU No.812/2013、EU No.814/2013和EN 16147:2011三者間的關系

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

2法規(guī)能效要求參數(shù)及標準計算公式

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通過法規(guī)EU No.812/2013規(guī)定的計算方法綜合計算得出。最大可用熱水量Vmax通過標準EN161476:2011第6.6章公式(13)綜合計算得出。

2.2　熱泵加熱效率ηwh計算公式

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

針對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)，上述公式簡化為：

ηwh=Qref/(CC·Qelec-k·24·Pstby)

式中：

Qref—對應放水模式下的放水熱量；

Qelec—放水模式結束下的耗電量；

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

CC—轉化系數(shù)，2.5；

K—校正因數(shù)，各負載間擋的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計算公式

標準EN16147：2011中的最大可用熱水量Vmax計算公式：

3測試項目和測試條件

3.1　測試項目及原理

3.1.1測試項目

對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，共涉及三個測試項目測試，分別為：待機功耗測試、放水循環(huán)測試、40℃熱水最大放水量測試。

法規(guī)要求的測試方法與EN16147相同，不同的是測試條件不同。

3.1.2測試原理

標準EN16147對這幾個參數(shù)的測試項目模擬熱水器正常的工作狀態(tài)，及測試項目的安排進行各個參數(shù)的測試考核。為了使測試可以連續(xù)進行，標準將這幾個測試連接一起進行，測試具體可以分為啟動加熱階段1、水溫達到設定的溫度進入連續(xù)保溫階段2、循環(huán)放水測試階段3、最大放水量測試階段4。

待機功耗是熱泵在完成將水加熱至設定水溫后，停止加熱，直至水溫低于設定值再次啟動期間消耗的功率。因此需要機組啟動運行至達到水溫停止加熱，到機組再次啟動加熱的一個周期進行待機功耗的測試。標準考慮到此周期的一個穩(wěn)定性，選擇了機組加熱至設定溫度停止加熱后6個壓縮機開停周期或48小時后第一個壓縮機開停的周期內(nèi)最后一個壓縮機開停的周期，作為測試周期。因此此階段可在機組啟動加熱的階段1后進行測試，即階段2。

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

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

如果實驗室和設備軟件允許，整個測試過程是可以完全自動控制，并且連續(xù)完成的。

3.2　測試條件

3.2.1環(huán)境條件(以法規(guī)要求為準)：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

條件要求測試電源電壓額定電壓測試電源頻率額定頻率空氣源側的風量名義的或廠家宣稱的最大風量進水溫度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　待機功耗測試——用以確定公式中的Pstby

在水箱中加滿水，開始運行，直到機組自動停機，進行待機功耗的測試。此階段需要連續(xù)運行6個完整周期(壓縮機停機到下一個壓縮機停機為一個完整的周期)，或者測試進行48h后的第一次壓縮機停機時測試結束。記錄最后一個完整周期所用的時間t(h)及耗電量W(kWh)，用以下公式計算待機功耗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個放水模式，分別3XS、XXS、XS、S、M、L、XL、XXL、3XL和4XL.

EN16147標準工給出了5個放水模式，分別為S、M、L、XL、XXL；

法規(guī)和標準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測試

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

本文以L模式為例進行說明(見表4)：

表4

序號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，即放水期間需達到的最低溫度，單位為℃。

Qref為參考能量，即為特定負載擋下排水的有效能含量總和，單位為kWh。

根據(jù)進行測試的放水模式，從法規(guī)中可查得對應放水模式的參考能量Qref。測試按照法規(guī)中相關模式的要求進行測試，包括放水時間、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測放水熱量Qref，測試的實際時間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，即為測量放水周期內(nèi)的電量，單位為kWh。

Qt為整個放水周期內(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間計算，tTTC至少為24h(圖1)或者24小時后的第一次壓縮機運行停止的時刻(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)放水測試結束后，壓縮機停機的同時立即開始按照進水流量(10±0.5)l/min每分鐘的水流量進行放水，直至出水溫度低于40℃。

通過2.3計算公式積分得出出水溫度大于等于40℃的最大熱水量。

4測試注意事項

4.1　測試安裝

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

圖3

所有測試時使用的電源按廠家推薦的額定電壓和頻率。在熱泵最初啟動之后，保持整個測試期間輸入電源的穩(wěn)定。環(huán)境溫度應保持穩(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進行保溫隔離，最好在距離進水口和出水口附近段水管進行保溫，以確保進入水箱水溫可以穩(wěn)定符合要求、出水口水溫在鉑電阻采樣處穩(wěn)定而準確，保證出水口鉑電阻檢測的溫度是水箱排出的真實水溫。

4.2　待機功耗測試注意事項

在待機功耗測試期間，進水閥和出水閥關閉。如果條件允許，將進水管和排水管取下。

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行輔助監(jiān)控水箱周圍的環(huán)境溫度。

4.3　放水測試循環(huán)測試注意事項

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

放水測試過程中，注意每次放水的Tm和Tp要

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

放水時，每次的放水熱量小，時間短，流量計不能放在出水口(管)上，放在出水口(管)上沒有辦法保證水管內(nèi)的熱水計算在內(nèi)，即時計算在內(nèi)，誤差也會較大，導致測試不準確。

4.4　最大可用熱水量Vmax測試注意項

根據(jù)法規(guī)標準要求，測試最大可用熱水量。最大可用熱水量與產(chǎn)品的耗電量無關，為了Vmax最大，在測試過程中不要斷開電源，放水過程中壓縮機會重新啟動持續(xù)的進行加熱，直至出水溫度低于40℃。

5小結

本文結合法規(guī)EU No.812/2013、EU No.814/2013和標準EN 16147:2011對空氣源熱泵熱水器的ERP測試方法和要求進行總結和分析，并提出測試過程中的各注意事項，以便讀者更好了解新法規(guī)對熱泵能效的測試要求。

6參考文獻

[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性能測試方法探討[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]TQ051.5[文獻標示碼]A

doi:10.3696/J.ISSN.1005-9180.2015.01.015

文章編號：ISSN1005-9180(2015)01-075-05

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

收稿日期：2014-10-15