燃?xì)鉄崴鞯腅rP生態(tài)設(shè)計(jì)要求分析

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、家用燃?xì)鉄崴鱁co設(shè)計(jì)的要求

（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。

二、燃?xì)鉄崴髂苄?biāo)識(shí)要求

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)。

（一）年度燃?xì)庀牧?/h3>

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。

（二）年度耗電量

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。

（三）能源效率等級(jí)

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)。

（四）能效標(biāo)識(shí)

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)

三、結(jié)語(yǔ)

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。