關于澳洲整體式熱泵熱水器能效測試的要求

曾光明 駱名文 陳文強

(廣東美的暖通設備有限公司，廣東 佛山 528311)

在澳大利亞和新西蘭市場上，銷售的熱泵熱水器需要滿足一定的能效要求，政府根據相關節能指標(STCs值)進行補貼。相關的能效測試標準就是AS/NZS 5125.1:2010，該能效測試標準是由澳洲標準委員會制定的針對澳洲新西蘭地區熱泵熱水機性能測試的測試標準。

1 測試精度要求

(1)空氣溫度/水溫:溫度測量儀器精度最好在0.1K或更好。

(2)校準范圍:水溫傳感器至少在5℃－65℃范圍內進行校準，空氣溫度傳感器至少在5℃－35℃范圍內進行校準。

(3)電表:測量工具的測量精度需要控制在0.5%或者更加精確;0.5級別的電子電表滿足要求(分辨率在1Wh的表盤式電表也滿足要求)。

2 產品安裝要求

被測試產品要按照生產商的安裝指引進行安裝，并使用推薦的安裝程序和配件。熱水器需安裝在平臺上，平臺的材料可以是木板、中密度纖維板、水泥、膠合板或其它類似木料，厚度為20－30mm，平臺的上表面距離地板約為300－400mm。

3 溫度點布置要求

水箱中的水必須按照實際水平面至少分為6等分。溫度傳感器必須安裝在水箱內部，確保每個傳感器位于相應各部分的質心。

(1)對于立式水箱:溫度傳感器將被安裝在水箱內的每一個水層的質量中心位置。溫度傳感器要遠離陽極保護裝置和水箱內壁。具體位置需要根據產品水箱圖紙進行計算得到。

(2)對于臥式水箱:傳感器位置必須按照下表1要求，是水箱直徑D的函數。在測試中，每個溫度傳感器的實際位置和規定位置的偏差要控制在±0.01D以內。

表1

水箱溫度傳感器可以通過下列位置安裝:(a)陽極裝置開口(由于此測試的原因陽極可能被移除);(b)任何其他的進入水箱的位置(比如暫時不用的熱水出口或冷水進口);(c)泄壓閥開口(可取性較小);(d)當沒有其他選擇時，可通過水箱中溫度傳感器處開口設置(最不可取);

4 數據采集要求

采集數據點如下:空氣干球溫度;空氣濕球溫度或者相對濕度;水箱中心溫度(至少6個溫度傳感器);熱泵的電能輸入

數據采集頻次:每分鐘至少10次。

5 測試電源要求

測試電源:230V±2.5%，50Hz±1%，單相。

6 測試工況

澳洲性能測試過程中共4個測試工況具體見下表2:

不同測試條件對應的環境溫度表2:測試條件 空氣溫度℃ 相對濕度% 1＜10 80～90 2 18～20 60～70 3 30～35 30～40 30～35 55～66 4

測試過程中對于測試工況的精度要求:空氣干球溫度平均每分鐘可允許的變化范圍為±1K;相對濕度每分鐘可允許的變化范圍±3

7 測試過程

在上述4個工況下，將水箱中的水從低溫加熱到熱泵熱水器的最高設定溫度。

測試過程中的水溫要求，見下表3:

不同測試條件的水溫要求表3:測試條件 測試開始時刻水溫 測試結束時刻水溫1﹤10℃2﹤熱泵熱水器最高15℃3﹤設定溫度25℃4﹤25℃

產品測試過程中不允許出現化霜，如果出現化霜則需要在規定濕度條件下重新調整空氣溫度直到不出現化霜現象。熱泵熱水機水箱最高溫度溫度需要超過用于殺菌的最高設定溫度。

8 數據處理過程

8.1 測試點周期相關說明

一個測試點周期是一系列水箱平均溫度改變量為5－5.5K的一分鐘平均數。不同測試點周期的水箱溫度范圍必須是重疊的。比如:第一個周期可能從10℃到15℃，而下一個周期可以為13℃到18℃。

測試點周期的取值要求:(a)至少有一個測試點周期的平均水箱溫度值跟表3中規定的開始時刻水溫和結束時刻水溫的差值在5K范圍內。(b)在表3中規定的水溫內，每10K至少包含3個測試點周期。(c)連續的測試點周期的水溫重疊值要小于3K。

8.2 計算過程

(a)按照測試點周期的定義，由于采集數據的頻率是每分鐘至少10次，所以要將數據全部處理成分鐘為單位的每分鐘平均值。

(b)按照測試點周期的取值方法，以5－5.5K為一周期，計算每個測試點周期的制熱量Q、平均功率Power、和性能系數COP。

具體的計算方法如下:

①測試周期的制熱量Q(kW)由公式(1)得到:

其中，Me=水和水箱當量的和=Mw+(kg)

Mw=水箱中水的質量=ρV(kg)

ρ=水的密度(取值參照1995版IAPWS標準的值)(kg/m3)

V=水箱容積(m3)

Mt=與水接觸的水箱內膽質量(kg)

Cpt=水箱內膽的比熱(kJ/kg K)

Cpw=水的比熱(取值參照1995版IAPWS標準的值)(kJ/kg K)

Cp=溫度為時水的比熱(kJ/kg K)

Tt1=測試點周期起始點平均水箱溫度(水箱內溫度傳感器的平均值)(℃)

Tt2=測試點周期終點平均水箱溫度(水箱內溫度傳感器的平均值)(℃)

N=測試點周期水溫從Tt1上升到Tt2所經歷的時間(min)

Qloss=水箱標準熱損失(見標準AS/NZS 4692.1)(kWh/d)

②每個測試周期的平均功率Power由式(2)得到:

其中E2=測試點周期結束時刻電表讀數(kWh)

E1=測試點周期起始時刻電表讀數(kWh)

③每個測試點周期的性能系數COP由式(3)得到:

(c)數據相關性計算

將表2中的4個工況的所有測試點周期的COP計算值和Power測量值要用非線性二次方程(式4和式5)表示。

這里ai和pi為系數，由所有工況的測試點周期的測試或計算數據進行曲線擬合得到

Ta=測試點周期的空氣干球溫度平均值(℃)

9 低溫測試

根據標準，將熱泵系統根據環境溫度運行的條件分為3等級。

低溫等級A:在低溫下不需要輔助加熱裝置，適合低溫運行;

低溫等級B:在低溫下需要輔助加熱裝置;

低溫等級C:在低溫下完全不能運行;

對于低溫下完全不能運行的產品和不要進行低溫評估的產品都列為“低溫等級C”。

對于低溫等級A的產品需要進行低溫測試。

低溫測試工況要求:空氣干球溫度為0－2℃，相對濕度要求≥90%。

低溫測試工況正常情況的精度要求:空氣干球溫度平均每分鐘可允許的變化范圍為±1K;相對濕度每分鐘可允許的變化范圍±3%。

低溫測試初始10分鐘內、化霜過程、化霜結束后10分鐘內的精度要求:空氣溫度平均每分鐘可允許的變化范圍為± 2K，相對濕度:±6

低溫測試水溫要求:初始水溫＜10℃，終止水溫℃為熱泵正常退出溫度。

采集數據點如下:空氣干球溫度;空氣濕球溫度或者相對濕度;水箱中心溫度(至少6個溫度傳感器);熱泵的電能輸入

數據采集頻次:每分鐘至少10次。

根據采集的相關測試數據計算熱泵系統從初始溫度到熱泵正常退出整個過程的COP和能耗，將其與式(4)和式(5)根據TRNSYS模型模擬評估出來COP和能耗的理論值進行對比。由于低溫測試工況環境溫度較低，肯定會出現化霜現象導致能耗比模擬的理論值要高、COP比模擬的理論值要低。

由于化霜現象導致低溫性能衰減，所以要計算出衰減百分比，性能衰減的最小值為0%。

10 總結

澳洲熱泵熱水器的能效測試標準跟國標的測試過程類似，只是測試工況更多，但是計算處理過程比國標要復雜的多。根據該能效標準得出8個相關系數和低溫衰減值過后還需要根據TRNSYS模型進行模擬得出STCs值。