歐盟熱泵熱水器能效標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試簡(jiǎn)要

陳文強(qiáng) 駱名文 曾光明

(廣東美的暖通設(shè)備有限公司，廣東 佛山 528311)

1 EN16147:2011測(cè)試過(guò)程簡(jiǎn)介

1.1 試驗(yàn)條件設(shè)置

根據(jù)被測(cè)樣機(jī)額定工作方式依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)原文中的Table5，選擇并確定試驗(yàn)條件。

以整體式設(shè)計(jì)的以室內(nèi)空氣為熱源的熱泵熱水器為例，可得出其測(cè)試條件如下:輸入電壓為230±4%V，電源頻率為50Hz，進(jìn)水溫度為10±1℃，水流速度為4±2%或10±2%L/ min，環(huán)境溫度為15±1/12±1℃(DB/WB)。

1.2 測(cè)試過(guò)程

該標(biāo)準(zhǔn)將整個(gè)測(cè)試過(guò)程分為A，B，C，D，E，F(xiàn)共6個(gè)階段。如圖2－1所示。

圖2 －1 測(cè)試過(guò)程示意圖

A階段:該階段調(diào)整好實(shí)驗(yàn)室工況和水溫，安裝好被測(cè)樣機(jī)，往被測(cè)樣機(jī)水箱內(nèi)注入10±1℃的冷水，而后按照制造商指定的終止水溫以及輔助加熱器設(shè)置進(jìn)行熱水器設(shè)置，而后開(kāi)機(jī)一直加熱到機(jī)組自動(dòng)停機(jī)。此時(shí)A階段測(cè)試自動(dòng)結(jié)束。該階段需要記錄的參數(shù)有加熱時(shí)間th和從熱水器開(kāi)機(jī)到熱水器自動(dòng)停機(jī)所消耗的電量Weh。

B階段:該階段為待機(jī)消耗功率測(cè)試階段，主要測(cè)試熱水器在保溫狀態(tài)下的散熱功率。此階段從A階段結(jié)束時(shí)開(kāi)始計(jì)時(shí)，等到熱水器在自然保溫待機(jī)情況下完成6次完整的啟停周期或者保溫時(shí)間達(dá)到48小時(shí)時(shí)結(jié)束計(jì)時(shí)，完成B階段測(cè)試任務(wù)。本階段需要記錄的參數(shù)有最后一次啟停循環(huán)的時(shí)間長(zhǎng)度tes(單位為秒s)，同時(shí)記錄該段時(shí)間內(nèi)熱水器消耗的電量Wes(單位為千瓦時(shí)kWh)，并通過(guò)公式Pes=·3600計(jì)算待機(jī)消耗功率Pes(單位千瓦kW)。在48小時(shí)或6次完整循環(huán)這兩個(gè)條件中，任意一個(gè)達(dá)到則可認(rèn)為結(jié)束B(niǎo)階段測(cè)試。

C階段:該階段是該標(biāo)準(zhǔn)最關(guān)鍵的階段，是COP測(cè)試階段。該階段需要進(jìn)行放水測(cè)試，緊接著B(niǎo)階段停機(jī)之后進(jìn)行。標(biāo)準(zhǔn)給出了5種放水方式，分別為S、M、L、XL、XXL。不同的放水方式會(huì)有不同的放水順序和放水量要求。具體使用哪種放水方式，由制造商或送檢方指定。

標(biāo)準(zhǔn)所規(guī)定的各個(gè)放水方式都是模擬了人們從早上7點(diǎn)到晚上9點(diǎn)半在正常的生活中熱水的使用情況。標(biāo)準(zhǔn)將用水目的分成了房間清潔、少量用水、地板清潔、洗滌、大量用水、淋浴、盆浴共7種，根據(jù)不同放水方式進(jìn)行不同放水組合。不同用水目的放水熱量和放水速度如表2－1所示。

表2－1放水熱量和速度對(duì)應(yīng)表放水類型 放水熱量(kWh)放水速度(L/min)房間清潔0.105 4±0.5少量用水0.105 4±0.5地板清潔0.105 4±0.5洗滌0.315 4±0.5洗滌0.420 4±0.5洗滌0.735 4±0.5大量用水(S) 0.525 4±0.5淋浴1.400 10±0.5淋浴(XL和XXL) 1.820 10±0.5盆浴3.605 10±0.5盆浴(XL) 6.240 10±0.5 4.420 10±0.5淋浴+盆浴(XXL)

不同放水方式的具體放水要求可參閱標(biāo)準(zhǔn)中Table7 ～Table1 1。標(biāo)準(zhǔn)表格中所提到的溫差均指熱水出水溫度與冷水進(jìn)水溫度的差值。最小溫差ΔT是必須達(dá)到的進(jìn)出水溫差，如果無(wú)法達(dá)到，則判定熱水器測(cè)試不合格，需要提高設(shè)定水溫。期望溫差ΔTdesired為該放水過(guò)程的理想值，若無(wú)法達(dá)到也不影響試驗(yàn)有效性，但需要用電加熱方式補(bǔ)充所欠缺的熱量。

C階段放水示意圖如圖2－2所示。

圖2 －2 放水階段示意圖

該階段要求完成放水操作后至少完成1次啟停加熱過(guò)程，且從首次放水開(kāi)始計(jì)時(shí)，至少要持續(xù)24小時(shí)，即C階段持續(xù)時(shí)間tTTC≥24。在計(jì)時(shí)24小時(shí)的時(shí)刻，如果熱水器剛好停止運(yùn)行，則此時(shí)可認(rèn)為完成C階段測(cè)試;如果熱水器正處于開(kāi)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)，則等到熱水器自動(dòng)停機(jī)時(shí)完成C階段測(cè)試;如果熱水器處于停機(jī)狀態(tài)，則需要等到熱水器再次開(kāi)機(jī)后停機(jī)時(shí)為止，完成C階段測(cè)試。

該階段所需要記錄的數(shù)據(jù)有放水流量 VTap，進(jìn)水溫度θWC，出水溫度θWH，熱水器消耗電能WEL－M－TC、本階段測(cè)試時(shí)間tTTC。具體計(jì)算方法參照公式3－1～3－8。

QHP－Tap=cp·p(T)·VTap·(θWH(t)－θwc(t))dt (3－1)VTap:放水流量，m3/s;

θWH(t):瞬時(shí)出水溫度，K;

θWC(t):瞬時(shí)進(jìn)水溫度，K;

tTap:放水時(shí)間，s;

cp:水的定壓比熱，kJ/(kgK);

ρ(T):水流密度，kg/m3。

如果在洗滌放水時(shí)，進(jìn)出水溫差ΔT無(wú)法達(dá)到期望值45℃(即出水溫度達(dá)到55℃)，則放水時(shí)間不變，但需要通過(guò)公式3－2進(jìn)行電加熱修正。

QEL－Tap=cp·ρ(T)·VTap·(θWC(t)+ΔTdesiredθWH(t))dt(3－2)

放水總熱量通過(guò)公式3－3～3－5計(jì)算。

nTap:放水次數(shù)

i:放水標(biāo)號(hào)

放水過(guò)程總消耗電能WEL－HP－TC通過(guò)公式3－6計(jì)算。

WEL－HP－TC=WEL－M－TC+∑WEL－Corr(3－6)∑WEL－Corr:測(cè)試期間的風(fēng)機(jī)及水泵耗電(當(dāng)風(fēng)機(jī)和水泵不作為標(biāo)配部件時(shí)，需進(jìn)行折算)，kWh

24小時(shí)總耗能WEL－TC通過(guò)公式3－7計(jì)算。

QEL－TC:電加熱補(bǔ)充熱量耗能，kWh

能效COP通過(guò)公式3－8計(jì)算。

值此熱水器的能效測(cè)試可算完成，可以進(jìn)入D階段測(cè)試。

D階段:該階段為參考熱水溫度和最大等效供熱水量計(jì)算，緊接著C階段加熱完成后開(kāi)始放水，放水速度為10±0.5L/min，直至出水溫度低于40℃停止放水。此階段需記錄進(jìn)水溫度、出水溫度、放水流量、放水時(shí)間等參數(shù)。

參考熱水溫度θ’WH通過(guò)公式3－9計(jì)算。

θWH(t):瞬時(shí)出水溫度，K

t40:出水溫度大于40℃的時(shí)間

最大等效40℃供熱水量Vmax通過(guò)公式3－10計(jì)算。

E階段:該階段為極限工況測(cè)試，根據(jù)制造廠聲明的最低和最高適用溫度進(jìn)行測(cè)試。

測(cè)試一:環(huán)境溫度在最低溫度，被測(cè)機(jī)溫度控制器設(shè)置在最高值，充注最低溫冷水，啟動(dòng)運(yùn)行，直至被測(cè)機(jī)自動(dòng)停機(jī)，緊接著放出50%容量的熱水(取熱水流量10±0.5L/min)，記錄放出熱水平均溫度。

測(cè)試二:被測(cè)機(jī)溫度控制器設(shè)置在最高值，充注最低溫冷水，啟動(dòng)運(yùn)行，直至被測(cè)機(jī)自動(dòng)停機(jī)，緊接著放出50%容量的熱水(取熱水流量10±0.5L/min)，記錄放出熱水平均溫度。

測(cè)試環(huán)境濕球溫度要求如表2－2所示。

表2－2濕球溫度確定原則干球溫度θQ.Boundary(℃) 相對(duì)濕度(%)≤－7不要求＞－7 ≤+7 φL=θQ.Boundary +82＞+7 ≤+20 φL=－3×θQ.Boundary +110＞+20 50

以上整個(gè)測(cè)試過(guò)程，被測(cè)機(jī)過(guò)載保護(hù)器不應(yīng)跳開(kāi)。

F階段:該階段為安全裝置測(cè)試階段，被測(cè)機(jī)模擬非正常條件試驗(yàn):1)斷開(kāi)換熱風(fēng)機(jī)電源供電;2)斷開(kāi)媒介換熱。被測(cè)機(jī)在1小時(shí)以上試驗(yàn)運(yùn)行期間，安全裝置不應(yīng)跳開(kāi)。被測(cè)機(jī)電源斷電5秒后恢復(fù)供電，整機(jī)能夠在20min內(nèi)正常啟動(dòng)運(yùn)行。控制裝置無(wú)此功能除外。在測(cè)試整個(gè)過(guò)程中，表面凝露不應(yīng)滴下，送風(fēng)不應(yīng)帶有水滴。

2 總結(jié)

縱觀EN16147:2011的整個(gè)測(cè)試過(guò)程，可以了解到歐盟對(duì)于熱泵熱水器的節(jié)能性評(píng)價(jià)比較注重對(duì)實(shí)際使用過(guò)程的模擬還原，通過(guò)多次的放水以及保溫等因素的修訂，希望所得到的COP值能夠較真實(shí)地反應(yīng)用戶得到的實(shí)際節(jié)能效益。但是這種測(cè)試方法對(duì)測(cè)試設(shè)備的要求極高，測(cè)試時(shí)間又較長(zhǎng)，會(huì)耗費(fèi)大量的資源，對(duì)于檢測(cè)機(jī)構(gòu)和制造商都是不小的考驗(yàn)。