游泳池熱泵熱水機新標準對空氣源熱泵熱水機組測試評價系統的改造要求解析

錢雪峰，樊海彬，倪健，何亞峰，賈甲

（合肥通用機械研究院，安徽合肥 230088）

游泳池熱泵熱水機新標準對空氣源熱泵熱水機組測試評價系統的改造要求解析

錢雪峰*，樊海彬，倪健，何亞峰，賈甲

（合肥通用機械研究院，安徽合肥 230088）

新標準JB/T 11969-2014《游泳池用空氣源熱泵熱水機》是在GB/T 21362-2008《商業或工業用及類似用途的熱泵熱水機》的基礎上進行修訂的，而測試工況更貼近游泳池用空氣源熱泵熱水機的實際使用環境。本文對比了兩個標準對測試要求的差異，分析了為滿足新標準要求需要對依據標準GB/T 21362-2008建造的空氣源熱泵熱水機組測試評價系統進行改造的要點，并對測試設備改造內容進行了詳細的論述。

空氣源熱泵熱水機；測試評價系統；改造

0　引言

近年來熱泵熱水機組因其明顯的安全性、節能性，受到了廣大消費者的關注，顯示出巨大的市場潛力。但由于提供給游泳池的熱水溫度與一般熱泵熱水機供給生活熱水或采暖熱水的溫度差異比較大，機組運行工況有其自身的特點，標準JB/T 11969-2014《游泳池用空氣源熱泵熱水機》對此類熱泵熱水機的設計、生產和檢測等方面做出了規范，有利于行業內此類產品的良性發展[1-4]。

由于游泳池用空氣源熱泵熱水機的試驗方法參考了GB/T 21362-2008《商業或工業用及類似用途的熱泵熱水機》中相關的試驗方法，其試驗項目及試驗要求等也引用GB/T 21362-2008中條文6的相關規定。但新標準JB/T 11969-2014《游泳池用空氣源熱泵熱水機》中的測試工況更貼近泳池用空氣源熱泵熱水機的實際使用環境，與GB/T 21362-2008《商業或工業用及類似用途的熱泵熱水機》中的工況有較大差別，對依據標準GB/T 21362-2008建造的空氣源熱泵熱水機組測試評價系統進行必要的改造，以滿足游泳池用空氣源熱泵熱水機的測試需求，是較為經濟和簡便的途徑[5-7]。

本文詳細地論述了新標準JB/T 11969-2014《游泳池用空氣源熱泵熱水機》與GB/T 21362-2008《商業或工業用及類似用途的熱泵熱水機》之間的區別，并闡述了就此區別需要對原有空氣源熱泵熱水機組評價系統進行的改造內容，以實現改造后的評價系統滿足游泳池用空氣源熱泵熱水機的測試需求。

1　空氣源熱泵熱水機組評價系統

以制熱量范圍為20 kW～120 kW的空氣源熱泵熱水機組測試評價系統為例，根據標準GB/T 21362-2008《商業或工業用及類似用途的熱泵熱水機》要求的測試項目，參考標準GB/T 10870-2014《容積式和離心式冷水（熱泵）機組性能試驗方法》，搭建的測試評價系統如圖1所示，該系統由一套空氣處理系統和一套水循環系統組成[8]，主要包括以下設備。

圖1　空氣源熱泵熱水機組測試評價系統原理圖

1）水泵1和水泵2：用來調節被測樣機測試所需水流量；水泵3和水泵4：用來提供輔助設備所需水流量。

2）冷水機組：用來為恒溫水箱降溫。

3）恒溫水箱：用來為測試提供穩定溫度的水源。

4）標準水箱：用來進行循環加熱式的熱水機的測試。

5）空氣處理機組：用來維持測試間內空氣狀態達到測試所需工況。

6）溫濕度取樣器：用來測量測試間內的空氣干球和濕球溫度。

7）調節閥：用來調節被測機組進水溫度。

8）測量用鉑電阻：用來測量被測機組進水和出水溫度。

9）流量計：用來測量測試系統的水流量。

空氣處理系統由測試間、空氣處理機組、溫濕度取樣器組成。由試驗人員設定運行工況，干球溫度通過空氣處理機組配置的電加熱管調節平衡所配壓縮冷凝機組制冷量來控制；濕球溫度通過加濕箱配置的電加熱管調節來控制。

水循環系統由水箱、水泵、系統管路和調節閥組成。由試驗人員設定運行工況，進水溫度通過調節閥1控制恒溫水箱和樣機回水的兌水比例控制；出水溫度通過變頻器調節水泵1，控制循環水量來控制；恒溫水箱配置可調的電加熱，用來精確控制水箱溫度[9]。

2　JB/T11969-2014與GB/T21362-2008測試要求的區別

游泳池用空氣源熱泵熱水機標準是在GB/T 21362-2008的基礎上，針對泳池熱泵熱水機特點而制定的。該標準與GB/T 21362-2008的主要不同之處在于以下兩點。

1）試驗工況的差異

JB/T 11969-2014標準在GB/T 21362-2008型式分類（具體工況見表1）的基礎上[10]，在各工況中增加了大溫差和小溫差的測試內容，分別規定了不同的進水和出水溫度以及干球和濕球溫度（具體工況見表2）[11]，以更好地適應泳池用空氣源熱泵的實際使用環境。

由表1和表2可以看出，兩個標準在使用側進水和出水溫度的規定上有較大的區別。表1中使用側進水溫度最高為29℃，出水溫度最高均為55℃；而表2中進水溫度最高為26℃，出水溫度最高均為30℃。表1中使用側最大進出水溫差（如低溫型名義工況）為46℃，而表2中使用側最大進出水溫差（如低溫工況大溫差）為21℃，僅接近表1中的一半。因此原來的空氣源熱泵熱水機組測試評價系統水系統需要改造。

2）名義工況下性能系數（COP）限值的差異

表1　空氣源熱泵熱水機的試驗工況（單位：℃）

表2　泳池熱泵的試驗工況（單位：℃）

GB/T 21362《商業或工業用及類似用途的熱泵熱水機》規定的熱水機熱泵名義工況時的性能系數（COP）限值如表3所示。

表3　熱水機名義工況時的性能系數COP（單位：W/W）

由于泳池熱泵名義工況熱源側和使用側與GB/T 21362中定義的名義工況均存在差異，根據多家制造商測試數據綜合考慮，初步確定游泳池用空氣源熱泵熱水機名義工況時性能系數：普通型不低于4.3，低溫型不低于3.6。

3　測試評價系統的改造

基于JB/T 11969-2014《游泳池用空氣源熱泵熱水機》與GB/T 21362-2008《商業或工業用及類似用途的熱泵熱水機》測試要求的區別，對空氣源熱泵熱水機組測試評價系統需要進行相應的調整改造，達到游泳池用空氣源熱泵熱水機的全工況的測試要求[12-14]，改造后的測試評價系統原理圖如圖2。

3.1空氣處理系統的改造

空氣處理系統主要配置循環風機、蒸發盤管、電加熱和電加濕，對環境間進行降溫、除濕或者加熱和加濕處理，以保證達到測試要求的干球和濕球溫度[4]。

圖2　游泳池用空氣源熱泵熱水機測試評價系統原理圖

為達到游泳池用空氣源熱泵熱水機的全工況測試，對評價系統提出了新的要求。

3.1.1高濕度的連續運行

例如融霜工況，空氣側干球溫度/濕球溫度為2℃/1℃，其相對濕度為83%。游泳池熱泵熱水機組在如此低溫高濕環境中連續運行12 h、24 h，或更長時間，空氣處理系統中蒸發盤管難免會結霜。隨著時間的推移，空氣處理機組的循環風量會越來越少，游泳池用空氣源熱泵熱水機自身的結霜面積和厚度也會越來越大，進而無法模擬樣機在真正的高濕度環境中的連續運行。

高濕度連續運行的解決方法及相關問題如下：

1）設計時考慮壓縮冷凝機組能力組合的平衡性。如一套空氣處理系統配置了3臺壓縮冷凝機組，在設計時保證其中2臺的制冷量之和等于第3臺的制冷量，這樣在長時間運行后切換壓縮冷凝機組時工況偏差就不會超出標準的要求；

2）設計時考慮將電加熱與蒸發盤管的距離加大，增加隔離措施；蒸發盤管采用水平布置 (現有的大部分是采用豎直布置)，使凝露水更快、更及時地排除，以減少結霜；同時對空氣處理器的內面板加強保溫措施確保在高濕度的工況下運行時測試評價系統內部的電器不出現漏電、短路現象；

3）空氣處理機排水管要采用較大管徑，在高濕度試驗結束的升溫過程中，蒸發盤管化霜水需及時排除。

3.1.2低濕度的連續運行

例如最大負荷工況，空氣側干球溫度/濕球溫度為為43℃/26℃，相對濕度為26%。游泳池熱泵熱水機組的吸熱側也對濕球溫度的要求較為嚴格。當測試間的濕球溫度高于設定溫度時，解決方法及相關問題如下：

1）使用加開制冷機的方法，除濕的效果比較明顯，但投入的制冷量加大了，就需要相應地投入更多熱量來保持房間溫度的平衡，測試評價系統壓縮冷凝機組的制冷量需要一個科學的配比，以保證在投入較少制冷量的情況下，測試間的干球溫度和濕球溫度能達到穩定；

2）打開旁通風閥或變頻調節循環風機風量，都是通過減少流經蒸發盤管的風量，實現除濕效果的提高。

3.2水系統改造

由表1和表2可以看出，兩個標準在使用側進出水溫差的規定上有較大的區別，見表4。

由表4可知，由于表2中無論是使用側最大進出水溫差還是最小進出水溫差均比表1中的規定小，導致游泳池熱泵熱水機評價系統的水流量范圍與同等制熱量的空氣源熱泵熱水機組評價系統有很大區別。

表4　表1與表2工況中使用側進出水溫差對比

現以制熱量范圍為20 kW ～120 kW的評價系統為例，根據式1可計算得出水流量范圍[15]。

式中：

Qh——主要試驗測量的機組制熱量，W；

C——平均溫度下水的比熱容，J/(kg·℃)；

ρ——平均溫度下水的密度，kg/m3；

qv——使用側冷（熱）水體積流量，m3/s；

t1——使用側冷（熱）水進口溫度，℃；

t2——使用側冷（熱）水出口溫度，℃；

Qc,h——環境空氣傳入干式蒸發器冷水側的修正項，W。對于使用側換熱器水側進行隔熱時，式(1)中的Qc,h可忽略不計。

由式1可得出，游泳池熱泵熱水機測試評價系統的水流量范圍(0.81～51.60) m3/s；空氣源熱泵熱水機組測試評價系統的水流量范圍(0.37～3.96) m3/s。由此可見，同等制熱量的評價系統中，泳池熱泵熱水機評價系統的水流量范圍比空氣源熱泵熱水機組評價系統的水流量范圍要寬泛許多，導致圖2中水系統的水泵2、流量1和調節閥1都要比圖1中有較大的調整；為保證流量計的精度要求，流量計的最小流速要大于0.3 m/s，同時流量計測量范圍跨度最好控制在10倍以內，因此在游泳池熱泵熱水機測試評價系統的水流量范圍(0.81～51.60) m3/s，必須將流量計1變成2臺流量計，1臺流量計測量范圍為(0.8～8.0) m3/s，另1臺流量計測量范圍為(8.0～51.60) m3/s，以滿足流量測試精度要求。水泵和三通閥均按上述流量范圍考慮選型，兩套管路并聯切換使用，以保證溫度和流量的控制精度滿足國標要求如圖3。

圖3　調整后游泳池用空氣源熱泵熱水機測試評價系統原理圖

4　結論

本文就新標準JB/T 11969-2014《游泳池用空氣源熱泵熱水機》與GB/T 21362-2008《商業或工業用及類似用途的熱泵熱水機》中的差異，對原來依據標準GB/T 21362-2008《商業或工業用及類似用途的熱泵熱水機》建造的空氣源熱泵熱水機組試驗裝置提出改造思路，并對試驗裝置主要組成部分空氣處理系統和水系統提出了的具體改造方法。

改造后的試驗裝置完全滿足游泳池用空氣源熱泵熱水機的性能測試要求，是一個設計合理、測試準確、穩定和可靠的測試平臺，可以為該類產品的研究開發提供有力的保障。

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Analysis of Modification Requirement of the Test and Evaluation System of Air Source Heat Pump Hot Water Unit Based on New Standard of Swimming Pool Heat Pump Water Heater

QIAN Xue-feng*,FAN Hai-bin,NI Jian,HE Ya-feng,JIA Jia
(Hefei General Machinery Research Institue,Hefei,Anhui 230088,China)

New standard JB/T11969-2014 "Air heat source heat pump water heater for swimming pool" is drafted based on the standard GB/T 21362-2008 "Heat pump water heater for commercial or industrial use and similar use",but the test conditions in JB/T 11969-2014 are more close to the actual application environment of air source heat pump water heater (HPWH) for swimming pool. In this paper,the test requirement differences between JB/T 11969-2014 and GB/T 21362-2008 are compared. In order to meet the new requirements in JB/T 11969-2014,the key modification points of air source HPWP test facility system,which is built according to GB/T 21362-2008,are analyzed. The modification specification of test facility is discussed in detail.

Air source heat pump hot water machine； Test and evaluation； Modification

10.3969/j.issn.2095-4468.2016.05.205

*錢雪峰（1982-），男，學士，高級工程師。研究方向：空調產品的評價系統。聯系地址：合肥市高新區天湖路29號，合肥通用機械研究院513室，郵編：230088。聯系電話：0551-65335974。E-mail：qianxuefeng_0@163.com。