張師林 張明偉 戴奕藝 戴書(shū)生
國(guó)家燃?xì)庥镁弋a(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心(佛山)
前言:歐盟國(guó)家為了更全面的評(píng)價(jià)燃?xì)鉄崴鞯哪芎募皩?duì)環(huán)境的影響,于2013年發(fā)布了關(guān)于熱水器ErP生態(tài)設(shè)計(jì)要求的法規(guī) (EU)No 814/2013及能效標(biāo)簽法規(guī) (EU) No 812/2013,其中(EU) No 814/2013將產(chǎn)品在生命周期內(nèi)對(duì)環(huán)境的影響考慮在內(nèi)提出了生態(tài)設(shè)計(jì)(Eco-design,簡(jiǎn)稱Eco設(shè)計(jì))的要求;(EU) No 812/2013則對(duì)能效標(biāo)識(shí)作出了新的技術(shù)要求。
在燃?xì)鉄崴鳂?biāo)準(zhǔn)中增加了與Eco設(shè)計(jì)和能效標(biāo)識(shí)相關(guān)的技術(shù)要求,對(duì)Eco設(shè)計(jì)的技術(shù)要求和能效標(biāo)識(shí)的規(guī)定體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面:能源效率、聲功率等級(jí)、NOx排放。本文將對(duì)以上內(nèi)容進(jìn)行細(xì)致的分析。
(一)燃?xì)鉄崴鱁co設(shè)計(jì)所引用到的標(biāo)準(zhǔn)、法規(guī),詳見(jiàn)表1。其中EN13203-1:2015和EN13203-2:2015為測(cè)試方法標(biāo)準(zhǔn)。
表1 燃?xì)鉄崴鱁co設(shè)計(jì)引用標(biāo)準(zhǔn)、法規(guī)[1-5]
(二)熱水器能源效率
根據(jù)生態(tài)設(shè)計(jì)法規(guī)(EU)NO 814/2013規(guī)定,熱水器能源效率應(yīng)不低于限定值,詳見(jiàn)表 2。
表2 熱水器能源效率限定值
第三階段(2018 年 9月 26 日后)所有 — — — — — — —60%64%64%
熱水器能源效率的評(píng)估,第一步確定生活熱水負(fù)載模式,第二步計(jì)算燃?xì)饽茉聪牧?、智能控制、電能消耗量和環(huán)境條件等因素,最后計(jì)算能源效率值。
1.負(fù)載模式
負(fù)載模式按(EU) No 812-2013和EN13203-2:2015中規(guī)定的出水量確定。按照用水量大小的不同,負(fù)載模式從小到大可分為10個(gè)等級(jí),分別是3XS、XXS、XS、S、M、L、XL、XXL、3XL、4XL,詳見(jiàn)表3。標(biāo)稱的生活熱水負(fù)載模式等級(jí)不應(yīng)超過(guò)實(shí)測(cè)的生活熱水負(fù)載模式等級(jí)。
對(duì)流量和溫度的要求基于冷熱水混合,在初始調(diào)整條件下,設(shè)備本身產(chǎn)生最低溫升為45K的水,滿足EN 13203-2:2015中表1至表7中的要求,將設(shè)備產(chǎn)生的熱水與10℃的冷水混合并使用公式(1)重新計(jì)算。
Dmin表示每個(gè)測(cè)試周期中對(duì)應(yīng)溫差ΔTd的最小設(shè)置流量,單位l/min;Duseful(ΔT)表示根據(jù)表1至表7的有效水量,單位l/min;ΔTd表示最小設(shè)置溫差為45K時(shí)的熱水溫差,單位K;ΔTuseful表示達(dá)到的溫升與根據(jù)表1至表7確定最小溫升之間的較高值,單位K。
熱水器產(chǎn)水中所含的熱量QH2O可以通過(guò)公式(2)積分求和計(jì)算得出,單位kWh。
其中n表示熱水排放次數(shù);Di表示每次的熱水水量,單位l/min;ΔTi(t)表示每個(gè)周期水溫升,單位K;tj表示熱水持續(xù)排放時(shí)間;cw表示水的比熱容,等于1.163·10-3,單位 kWh/l.K。
表3 負(fù)載模式分類(lèi)表
2.日間能源消耗量
對(duì)僅以燃?xì)鉃槟茉吹臒崴鱽?lái)說(shuō),僅需計(jì)算夏季模式下能源消耗量Qgas,S,按公式(3)計(jì)算,單位kWh。
其中,Vg表示在相應(yīng)負(fù)載模式下實(shí)測(cè)的燃?xì)庀牧浚瑔挝籱3;NCV表示燃?xì)獾蜔嶂担ɑ鶞?zhǔn)狀態(tài)15℃,101.325kPa),單位kWh/m3;QH2O表示在相應(yīng)負(fù)載模式下實(shí)測(cè)的熱水熱輸出,單位kWh; Qref表示在相應(yīng)負(fù)載模式下標(biāo)稱熱水輸出,見(jiàn)表3,單位kWh; K表示燃?xì)庑拚禂?shù),K按公式(4)計(jì)算。
公式中pa表示大氣壓力,單位mbar; pg表示燃?xì)饬髁坑?jì)內(nèi)壓力,單位mbar;Tg表示燃?xì)鉁囟?,單位℃?/p>
3.日間耗電量
熱水器在某一負(fù)載模式下運(yùn)行24小時(shí)所使用的修正后的日間耗電量Qelec, 應(yīng)以公式(5)計(jì)算,單位kWh。
其中Qelecmes表示為實(shí)際測(cè)試的耗電量,單位kWh。
4.熱水器能源效率
熱水器能源效率ηwh計(jì)算使用高熱值(GCV)并需把消耗的電能折算成基礎(chǔ)能源包含在內(nèi)。
對(duì)不帶有智能控制器的器具,ηwh按公式(6)計(jì)算。
對(duì)于裝有智能控制器的器具,ηwh按公式(7)計(jì)算。
Qfuel表示在標(biāo)稱的負(fù)荷模式連續(xù)工作24小時(shí)消耗的燃?xì)饽茉?,按高熱值(GCV)計(jì)算,單位kWh,可按公式(8)由Qgas,p轉(zhuǎn)換得出。
其中,GCV表示燃?xì)飧邿嶂担ɑ鶞?zhǔn)狀態(tài)15℃,101.325kPa),單位kWh/m3;NCV表示燃?xì)獾蜔嶂担ɑ鶞?zhǔn)狀態(tài)15℃,101.325kPa)單位kWh/m3。
CC為換算系數(shù),反映歐盟平均發(fā)電效率的換算系數(shù),CC=2.5。
SCF為智能控制因數(shù),為使用智能控制所獲得的熱水能源效率,可按(EU) No 814-2013中附錄4公式(9)計(jì)算。
其中,Qfuel,week,smart為在智能控制下每周耗氣量,按高熱值(GCV)計(jì)算,單位kWh;Qelec,week,smart表示在智能控制下每周耗電量,單位kWh;Qfuel,week表示未在智能控制下每周消耗的燃?xì)?,按高熱值(GCV)計(jì)算,單位kWh;Qelec,week表示沒(méi)有智能控制下每周消耗的電能,單位kWh。
smart表示智能控制因數(shù),當(dāng)裝有智能控制器時(shí)等于1,否則等于0。
Qcor表示環(huán)境修正系數(shù),按公式(10)計(jì)算,單位kWh。
表4 各負(fù)載模式下k值
計(jì)算可知,在負(fù)載模式為XXL至4XL時(shí),Qcor等于0。
Smart為智能控制系數(shù),當(dāng)裝有智能控制器時(shí)等于1,否則等于0。
(三)聲功率限定值
按照(EU)NO 814/2013規(guī)定,從2015年9月26日起,熱水器的聲功率等級(jí)應(yīng)符合表5規(guī)定,同時(shí)實(shí)際測(cè)試值應(yīng)不超過(guò)聲稱值2dB。
表5 熱水器聲功率等級(jí)
(四)氮氧化物(NOX)排放限定值
自2018年9月26日起,燃?xì)鉄崴鞯牡趸铮∟OX)排放在基于高熱值(GCV)計(jì)算方法下,不應(yīng)超過(guò)56mg/kWh。
1.測(cè)試綜述
對(duì)使用第二類(lèi)氣體的熱水器,試驗(yàn)采用基準(zhǔn)氣G20進(jìn)行;對(duì)于僅使用G25的熱水器,使用基準(zhǔn)氣G25進(jìn)行試驗(yàn);對(duì)僅使用第三類(lèi)氣體的熱水器,使用基準(zhǔn)氣G30進(jìn)行測(cè)試且極限氮氧化物限定值應(yīng)乘以系數(shù)1.30;對(duì)于僅使用丙烷的熱水器,使用基準(zhǔn)氣G31進(jìn)行測(cè)試且氮氧化物限定值應(yīng)乘以系數(shù)1.20。
測(cè)試時(shí),熱水器應(yīng)被安裝在自由通風(fēng)的實(shí)驗(yàn)室,實(shí)驗(yàn)室的基準(zhǔn)條件如下:溫度—20℃;空氣相對(duì)濕度—10g H2O/kg 。
若試驗(yàn)條件與這些參考條件不同,則有必要校正NOx值,單位mg/kWh 。如下公式:
其中,NOx,m表示在濕度hm和溫度Tm條件下測(cè)試的NOx,測(cè)試值范圍為(50-300)mg/kWh ;hm表示測(cè)試時(shí)相對(duì)濕度,范圍為(5-15)g/kg;Tm表示測(cè)試時(shí)室溫,室溫范圍為(15-25)℃。
2.加權(quán)計(jì)算
測(cè)量值的權(quán)重因子見(jiàn)表7。
表6 權(quán)重因子
其中,Qmin表示最小調(diào)節(jié)熱輸入,單位kW;Qn—額定熱輸入,單位kW;
Qpi—用于加權(quán)的部分熱輸入,以Qn的百分比表示;Fpi—部分熱輸入Qpi對(duì)應(yīng)的加權(quán)因子;NOx,pond,NOx濃度的加權(quán)值,單位mg/kWh ;NOx,mes—對(duì)應(yīng)于各個(gè)熱輸入時(shí)的NOx測(cè)量值(以及可能的校正值),單位mg/kWh 。
(1)固定熱輸出的熱水器的NOx濃度直接在額定熱輸出時(shí)測(cè)試即可,按下式計(jì)算。
(2)可調(diào)節(jié)熱輸出的熱水器,按下式計(jì)算。
若Qmin超過(guò)0.5Qn倍,可按下式計(jì)算
(3)可自動(dòng)調(diào)節(jié)熱輸出的熱水器,按下式計(jì)算。
在新修訂的燃?xì)鉄崴鱁N 26:2015 中,為符合No 812-2013對(duì)能效標(biāo)識(shí)及相關(guān)技術(shù)文件的要求,增加了如下技術(shù)參數(shù),分別是:年度燃?xì)庀牧?、年度耗電量、熱水聲功率等?jí)、熱水器能源效率等級(jí)。
熱水器年度燃?xì)庀牧緼FC使用高熱值(GCV)計(jì)算,按公式(16)計(jì)算,單位GJ。
對(duì)燃?xì)鉄崴鱽?lái)說(shuō),Dw表示熱水器在冬季模式下工作天數(shù),值為200,Ds表示熱水器在夏季模式下工作天數(shù),值為165。
熱水器年度耗電量AEC按公式(17)計(jì)算,單位kWh。
Dw,Ds等參數(shù)按上文定義。
根據(jù)(EU) No 812-2013附錄Ⅱ規(guī)定,熱水器能源效率等級(jí)按表7分類(lèi)。
能效標(biāo)識(shí)法規(guī)No 812-2013附錄Ⅲ中規(guī)定燃?xì)鉄崴髂苄?biāo)識(shí)樣式,見(jiàn)圖1和圖2。標(biāo)識(shí)包含內(nèi)容:位置Ⅰ—供應(yīng)商名稱和商標(biāo);位置Ⅱ—產(chǎn)品型號(hào);位置Ⅲ—產(chǎn)品功能包括負(fù)載模式;位置Ⅳ—能源效率等級(jí);位置Ⅴ—年度耗電量、年度燃?xì)庀牧?;位置Ⅵ—聲功率等?jí);位置Ⅶ—只能在高峰時(shí)段運(yùn)行的熱水器。對(duì)比圖1和圖2可知,熱水器能源效率等級(jí)的下限,從2015年的等級(jí)G提高到等級(jí)2017年的等級(jí)F;而上限則從等級(jí)A提高到A+ 。
圖1 效率等級(jí)A至G級(jí)能效標(biāo)識(shí)
圖2 效率等級(jí)A+至F級(jí)能效標(biāo)識(shí)
表7 熱水器能源效率等級(jí)
本文詳細(xì)分析了燃?xì)鉄崴鳂?biāo)準(zhǔn)EN26:2015中關(guān)于ErP生態(tài)設(shè)計(jì)的相關(guān)要求。從文中可知?dú)W盟國(guó)家對(duì)燃?xì)鉄崴髟O(shè)計(jì)、制造及測(cè)試提出了更高的要求,反映了歐盟國(guó)家對(duì)節(jié)能減排及環(huán)境保護(hù)的重視,對(duì)于我國(guó)標(biāo)準(zhǔn)制定、修訂的部門(mén)及環(huán)保部門(mén)具有重要的借鑒意義。鑒于篇幅所限及作者對(duì)標(biāo)準(zhǔn)淺薄的理解,若有欠妥或謬誤之處,敬請(qǐng)不吝賜教。