歐盟熱泵熱水器能效標準測試簡要

陳文強 駱名文 曾光明

(廣東美的暖通設備有限公司，廣東 佛山 528311)

1 EN16147:2011測試過程簡介

1.1 試驗條件設置

根據被測樣機額定工作方式依據標準原文中的Table5，選擇并確定試驗條件。

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

1.2 測試過程

該標準將整個測試過程分為A，B，C，D，E，F共6個階段。如圖2－1所示。

圖2 －1 測試過程示意圖

A階段:該階段調整好實驗室工況和水溫，安裝好被測樣機，往被測樣機水箱內注入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置進行熱水器設置，而后開機一直加熱到機組自動停機。此時A階段測試自動結束。該階段需要記錄的參數有加熱時間th和從熱水器開機到熱水器自動停機所消耗的電量Weh。

B階段:該階段為待機消耗功率測試階段，主要測試熱水器在保溫狀態下的散熱功率。此階段從A階段結束時開始計時，等到熱水器在自然保溫待機情況下完成6次完整的啟停周期或者保溫時間達到48小時時結束計時，完成B階段測試任務。本階段需要記錄的參數有最后一次啟停循環的時間長度tes(單位為秒s)，同時記錄該段時間內熱水器消耗的電量Wes(單位為千瓦時kWh)，并通過公式Pes=·3600計算待機消耗功率Pes(單位千瓦kW)。在48小時或6次完整循環這兩個條件中，任意一個達到則可認為結束B階段測試。

C階段:該階段是該標準最關鍵的階段，是COP測試階段。該階段需要進行放水測試，緊接著B階段停機之后進行。標準給出了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。

標準所規定的各個放水方式都是模擬了人們從早上7點到晚上9點半在正常的生活中熱水的使用情況。標準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，根據不同放水方式進行不同放水組合。不同用水目的放水熱量和放水速度如表2－1所示。

表2－1放水熱量和速度對應表放水類型 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準中Table7 ～Table1 1。標準表格中所提到的溫差均指熱水出水溫度與冷水進水溫度的差值。最小溫差ΔT是必須達到的進出水溫差，如果無法達到，則判定熱水器測試不合格，需要提高設定水溫。期望溫差ΔTdesired為該放水過程的理想值，若無法達到也不影響試驗有效性，但需要用電加熱方式補充所欠缺的熱量。

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次啟停加熱過程，且從首次放水開始計時，至少要持續24小時，即C階段持續時間tTTC≥24。在計時24小時的時刻，如果熱水器剛好停止運行，則此時可認為完成C階段測試;如果熱水器正處于開機運行狀態，則等到熱水器自動停機時完成C階段測試;如果熱水器處于停機狀態，則需要等到熱水器再次開機后停機時為止，完成C階段測試。

該階段所需要記錄的數據有放水流量 VTap，進水溫度θWC，出水溫度θWH，熱水器消耗電能WEL－M－TC、本階段測試時間tTTC。具體計算方法參照公式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):瞬時出水溫度，K;

θWC(t):瞬時進水溫度，K;

tTap:放水時間，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，進出水溫差ΔT無法達到期望值45℃(即出水溫度達到55℃)，則放水時間不變，但需要通過公式3－2進行電加熱修正。

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

放水總熱量通過公式3－3～3－5計算。

nTap:放水次數

i:放水標號

放水過程總消耗電能WEL－HP－TC通過公式3－6計算。

WEL－HP－TC=WEL－M－TC+∑WEL－Corr(3－6)∑WEL－Corr:測試期間的風機及水泵耗電(當風機和水泵不作為標配部件時，需進行折算)，kWh

24小時總耗能WEL－TC通過公式3－7計算。

QEL－TC:電加熱補充熱量耗能，kWh

能效COP通過公式3－8計算。

值此熱水器的能效測試可算完成，可以進入D階段測試。

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

參考熱水溫度θ’WH通過公式3－9計算。

θWH(t):瞬時出水溫度，K

t40:出水溫度大于40℃的時間

最大等效40℃供熱水量Vmax通過公式3－10計算。

E階段:該階段為極限工況測試，根據制造廠聲明的最低和最高適用溫度進行測試。

測試一:環境溫度在最低溫度，被測機溫度控制器設置在最高值，充注最低溫冷水，啟動運行，直至被測機自動停機，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。

測試二:被測機溫度控制器設置在最高值，充注最低溫冷水，啟動運行，直至被測機自動停機，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。

測試環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

以上整個測試過程，被測機過載保護器不應跳開。

F階段:該階段為安全裝置測試階段，被測機模擬非正常條件試驗:1)斷開換熱風機電源供電;2)斷開媒介換熱。被測機在1小時以上試驗運行期間，安全裝置不應跳開。被測機電源斷電5秒后恢復供電，整機能夠在20min內正常啟動運行。控制裝置無此功能除外。在測試整個過程中，表面凝露不應滴下，送風不應帶有水滴。

2 總結

縱觀EN16147:2011的整個測試過程，可以了解到歐盟對于熱泵熱水器的節能性評價比較注重對實際使用過程的模擬還原，通過多次的放水以及保溫等因素的修訂，希望所得到的COP值能夠較真實地反應用戶得到的實際節能效益。但是這種測試方法對測試設備的要求極高，測試時間又較長，會耗費大量的資源，對于檢測機構和制造商都是不小的考驗。