空气源热泵热水器性能测试方法与国家标准分析

第１　５卷第３期　２　０　１　５年３月　剜玲　室　ＲＥＦＲＩＧＥＲＡＴＩ（）Ｎ　ＡＮＤ　Ａ１Ｒ—ＣＯＮＤＩＴＩＯＮＩＮＧ　空气源热泵热水器性能测试方法与　国家标准分析　袁明征　（珠海格力电器股份有限公司）　摘　要　本文结合热泵热水器产品特点，分别对中国及欧盟现行空气源热泵热水器性能测试方法与标准进　行了对比分析，为空气源热泵热水器后续产品标准的升级修订、全年综合性能系数评价方法的建立以及产　品的设计提供了参考。　关键词性能系数；测试标准；热泵热水器；空气源　Ｔｈｅ　ａｎａｌｙｓｉｓ　ｏｆ　ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ　ｔｅｓｔ　ａｎｄ　ｓｔａｎｄａｒｄ　ｏｆ　ａｉｒ－ｓｏｕｒｃｅ　ｈｅａｔ　ｐｕｍｐ—ｗａｔｅｒ　ｈｅａｔｅｒ　Ｙｕａｎ　Ｍｉｎｇｚｈｅｎｇ　（Ｇｒｅｅ　Ｅｌｅｃｔｒｉｃ　Ａｐｐｌｉａｎｃｅｓ　Ｉｎｃ．ｏｆ　Ｚｈｕｈａｉ）　ＡＢＳＴＲＡＣＴ　Ｉｎ　ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ，ａｃｃｏｒｄｉｎｇ　ｔｏ　ｔｈｅ　ａｎａｌｙｓｉｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ　ｔｅｓｔ　ａｎｄ　ｓｔａｎｄａｒｄ　ｏｆ　Ａｉｒ　ｓｏｕｒｃｅ　ｈｅａｔ　ｐｕｍｐ—ｗａｔｅｒ　ｈｅａｔｅｒ　ｏｆ　Ｃｈｉｎａ　ａｎｄ　Ｅｕｒｏｐｅ，ｓｏｍｅ　ａｄｖｉｃｅｓ　ｉｓ　ｇｉｖｅｎ　ｔｏ　ｔｈｅ　ｒｅ—　ｖｉｓｉｏｎ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｅｘｉｓｔｉｎｇ　ｓｔａｎｄａｒｄ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｓｔａｎｄａｒｄ　ｏｆ　ａｎｎｕａｌ　ｏｐｅｒａｔｉｎｇ　ｅｎｅｒｇｙ　ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ　ｏｆ　ｈｅａｔ　ｐｕｍｐ　ｗａｔｅｒ　ｈｅａｔｅｒ．　ＫＥＹ　ＷＯＲＤＳ　Ｃ（）Ｐ；ｔｅｓｔ　ｓｔａｎｄａｒｄ；ＨＰＷＨ；ａｉｒ　ｓｏｕｒｃｅ　空气源热泵热水器以空气为热源，利用热泵　原理，通过热力循环从空气中吸收热量，用于制取　生活热水。　展，便于产品技术先进性的直接对比与提升。　本文结合热泵热水器产品特点，分别对中国　及欧盟各国现行空气源热泵热水器性能测试方法　与标准进行了对比分析，为空气源热泵热水器后　续产品标准的升级修订、全年综合性能系数评价　方法的建立以及产品的设计提供参考。　１　当前空气源热泵热水器测试方法与标准　１．１　中国　与传统热水器相比，空气源热泵热水器在能　源利用效率、温室气体减排方面具有明显优势。　近十年来，在世界各地得到广泛应用。　性能系数（ＣＯＰ）作为能源政策制定、产品销　售、消费者购买的关键参考因素，其测评方法、标　准也在不断完善。伴随着空气源热泵热水器的发　展，也推动着热水器标准朝着以下３个方面发展完　中国现行产品标准主要有两份：ＧＢ／Ｔ　２３１３７　２（）（）８［　家用和类似用途热泵热水器、ＧＢ／　善：完善单工况评价体系，建立以贴合用户实际使　用习惯为基准的全年运行综合能效评价方法；建　立跨产品种类的统一评价平台，使得燃气热水器、　电热水器、太阳能热水器、空气源热泵热水器能够　Ｔ　２１　３６２－－２００８ｌ２　商业或工业用及类似用途热泵热　水器。标准涵盖了产品性能检测的具体方法。　现行能效标准为ＧＢ　２９５４１－－２０１３　，于２０１５年１　月１日起正式实施。标准以１（）ｋｗ为界，将产品分为　横向比较；建立跨国家、地区的统一的空气源热泵　热水器评价方法，促进全球热泵热水器市场的发　为两大产品段，常温型、低温型两大类别，一次加热　式、循环加热式、静态加热式３类，５个能效等级。　收稿日期：２０１　５ｑ）Ｉ－１０　作者简介：袁明征，热能工程学士，格力电器热泵热水器产品室主任。负责空气能产品开发，参与过热泵热水器能效标准及产品标准　制定。　第３期　袁明征：空气源热泵热水器性能测试方法与标准分析　・８３　・　为便于与欧盟测试方法进行对比，现将家用　热泵热水器主要测试内容列举如表１。　表１　ＧＢ／Ｔ　２３１３７测试内容概况　１．２欧盟　２（）１１年，欧盟发布了热泵热水器测试标准　ＥＮ　１６１４７Ｅ　，用于替代１９９７年发布的测试标准　ＥＮ　２５５—３。　Ｔ　芝４０℃　赠　（１）　０℃　图１　ＥＮ　１６１４７试方法阶段与次序　根据标准，产品测试包含图１所示６大阶段　（Ａ至Ｆ）：　Ａ．加热温升期测试　将一箱１０℃的冷水，加热至机组自动停机，　为Ｂ阶段待机输入功率测试做好准备，并记录加　热温升期的时间与耗电量。　Ｂ．待机输入功率测试　测试水箱蓄满热水后，由于长时间不使用，在　自然热辐射与对流影响下导致热量散失、水温降　低，进而机组重启加热至设定温度的整个过程中，　机组保持控制器待机及为弥补散热损失重启加热　所消耗的能量，平均至每小时，以待机功率形式表　示。为使测试时水箱与环境间达到热平衡状态，　要求至少进行４８小时或６个待机保温再加热过　程，测试最后一个待机保温再加热周期的参数。　该测试同时为Ｃ阶段性能测试的待机能耗补偿计　算作好准备。　Ｃ．有效热量、耗电量及性能系数ＣＯＰ测试　该阶段测试热水器使用过程中的性能系数。　即模仿用户以２４小时为周期用水，分早、中、晚等　不同时间段，分厨卫、洗浴不同目的，根据不同出　水温度需求，按不同的流量（厨卫６　Ｌ／ｍｉｎ或洗浴　１０　Ｌ／ｍｉｎ）及不同的用水时间（用水量），进行放水　循环测试。测试２４小时放水循环期间所获取到的　有效热量、输入的耗电量，通过两者相除进而求得　使用过程中的性能系数。厂家根据水箱大小、机　组供热能力给出产品的放水循环模式，从小到大，　依次为Ｓ、Ｍ、Ｉ　、ＸＬ、ＸＸＩ　等共１０种放水量模型。　测试时，２４小时所放的总热水量按照不同的模型　进行。放水过程中，如在特定放水时间段的热水　出水温度无法达到需求温度，则需折算为电加热　进行补偿。２４小时放水循环完成后需将水箱中的　剩余中温水重新加热至放水开始前状态，使得初　终状态一致，保证放水过程中的输入输出计算准　确，同时为Ｄ阶段测试做好准备。２４小时后的再　加热过程电量消耗量，通过Ｂ阶段待机功率乘以　时间进行折算。　Ｄ．最大可用热水量及参考热水温度测试　该阶段以１（）Ｌ／ｍｉｎ的流量进行放水，直至出　水温度低于４０℃终止，测试取得的热水量与平均　热水温度。主要考察水箱加热完成后一次性可连　续取用的热水量。　Ｅ．运行温度范围测试　Ｆ．安全测试　２测试标准对比　两份标准的主要测试内容一致，均包含了性　能系数、保温性能、最大可用热水量、运行范围、安　全与可靠性测试，但具体测试方法上有较大差异，　从而导致测试时长不同，产品设计侧重也有所不　同。下文以ＧＢ／Ｔ　２３１３７—２（）（）８的关键术语作为　统一名称进行分别论述。　２．１名义运行工况　名义工况对比如表２。　表２名义工况对比表　其中，对ＥＮ　１６１４７中采用室内空气和废气为　热源的不进行对比。　欧盟标准中，对终止水温没有明确要求，产品　设计相对灵活。但由于放水循环性能系数测试对　热水的出水温度有要求，实际产品最高水温基本　上都满足５５℃。　国标对终止水温作了明确的要求，尤其在性　能测试时必须达到水箱上下均匀５５℃。由于加　热过程会存在自然分层现象，特别是静态加热式　水箱，加热终止时水箱上部水温高、底部水温低，　剖垮　室镧　第１　５卷　差异在２～１０℃范围内不等。为满足标准要求，　性能测试时需要经过多次摸底，直至找准停机时　欧标保温性能则将一箱水加热至保温停机后　置于７℃的环境中，机组保持待机加热状态放置　４８小时或６个待机加热周期（即水箱散热损失导　水箱循环后的温度达到均匀５５℃，增加了产品测　试周期。同时标准规定循环时所采用的循环泵每　分钟标称流量不小于１／２水箱有效容量，可行性　低。在产品设计方面，为提高均匀后５５℃热水能　致水温降低到一定值后，再次启动加热至设定温　度），以功率“ｗ”为单位。侧重表达能源消耗情　况，综合考虑了水箱保温层的保温效果，待机重启　加热过程的性能表现。　效比，需要在停机的最高水温与水温分层问作一　个权衡，通常情况下需要减小水温分层，因此占中　国绝大部分市场份额的静态加热式热泵热水器，　基本上都增加了水箱底部盘管，进而使得产品成　本增加，生产工艺复杂，自动化难度加大。反观国　外的产品基本无底部盘管加热方式。　２．２性能测试　欧盟测试方法侧重考查模仿实际使用请况下　的能效比，以放水循环模型为基准，至少进行２４小　时测试，测试周期长，放水过程流量控制精度要求　高，稍有错误需全周期重新测试，测试成本高。　由于欧盟性能测试方法综合考虑了用户的用　水习惯，待机加热，待机输入功率与保温散热损　失，因此其测得的性能系数更为准确地反应了产　品在该环境温度工况下的真实性能系数，可信度　较高，引导产品设计更多地考虑实际使用情况。　国标性能测试简单便捷，将均匀１５℃的冷水加　热至停机循环后达到均匀５５℃的热水，测试所用的　时间、制热量、耗电量及两者相除求得的性能系数。　其测试方法等效于欧盟测试方法中的Ａ阶段，即加热　温升期测试，侧重考查完整加热过程的能效比。　国标测得的性能系数，因未着重考虑产品的　实际使用情况，无法直接体现产品的使用能效比，　但作为一个统一且简单的标准，对产品的评价仍　然准确高效。　目前，两个标准都仅对额定工况进行性能测　评，但无论是欧盟还是中国，环境温度随不同的地　理位置及季节变化均有所不同，标准在相互间取　长补短的同时，还需尽快建立全年综合性能评价　方式。同时，对于欧洲标准，由于有消灭军团菌的　卫生要求，需要每隔一定时间将热水温度加热至　６（）℃以上，在性能评价时也应综合考虑。　２．３保温性能　国标保温性能测试时将一箱５５℃的热水置　于２（）℃的环境中，关闭机组加热功能，静态放置　２４小时后求取水箱水温平均降低的温度，以温降“　℃／天”为单位直观表达水箱的保温效果。　相对于国标，欧标仍然侧重于实际使用过程　中的机组表现。但由于机组再次启动加热的温度　值没有硬性的标准要求，会因不同的厂家设计而　不同，因此即使是完全相同的硬件配置情况下，待　机重启温度不同都会导致测试的待机输入功率、　产品性能系数不同。通常情况下，待机启动的温　度值越低，性能系数会越高，但也会导致热水加热　的及时性较低，可能导致在用户需要高温热水时，水　箱还处于中温保温状态，反而影响了用户及时取用　到热水。同时由于待机启动温度的不确定性，仅通　过改变控制参数就可获得不同的待机输入功率及性　能系数，因此可能导致部分厂家将精力过多地侧重　于此，而降低了对创新性技术的投入。　２．４使用性能　国标与欧标的使用性能测试方法基本一致。　国标按照每分钟５　的水箱额定容量的流量　进行放水，直至出水温度低于４５℃终止，通过放　出的热水量折算出水箱热水的实际使用率，以热　水输出率表示，单位为“　”，理论上不高于１Ｏ０　。　国标放水流量大，要求２０　ｒａｉｎ内放完任意容积的　热水，测试时间虽短，但可行性低；同时，如此大的　流量冲击下，水箱冷水进水管的缓流设计失去了　作用，需要合理完善。　欧标按照１（）Ｉ　／ｒａｉｎ的流量进行放水，直至出　水温度低于４（）℃终止，求取放出热水的总容量，　以单位“Ｌ”表示，更易于普通用户理解。　两个标准都引导产品设计时，合理地选择水箱　内径与高度的比例，以及水箱冷水进水管的缓流设　计，避免冷水补入水箱时因冲击过大，将水箱中原有　的高温热水，过多地混合成不可利用的中温水。　３不同标准测试结果对比　表３性能测试对比表１　第３期　袁明征：空气源热泵热水器性能测试方法与标准分析　表４性能测试对比表２　实际使用情况，但测试复杂、周期长。中国的空气　源热泵热水机标准，侧重评价将一箱冷水直接加　热至标准温度的性能系数，因未重点考虑产品实　际使用过程中的待机加热情况，无法直接体现使　用能效比，但作为一个统一且简单的标准，对产品　的评价仍然准确高效，标准可操作性强，测试效率　表３、表４分别为国标一级能效的分体式、五　级能效的整体式静态加热式空气源热泵器按照国　标及欧标在不同工况下实测的性能参数。国标性　能系数的差异在欧标测试标准下减小，主要原因　高。两份标准各有优缺，在后续制定空气源热泵　热水器产品标准修订，全年综合性能评价标准制　定时，应充分吸取两份标准中的先进之处。　参考文献　［１］ＧＢ／Ｔ　２３１３７－－２００８．家用和类似用途热泵热水器　［ｓ］．北京：中国标准出版社，２００９．　［２］ＧＢ／Ｔ　２１３６２　２００８．商业或工业用及类似用途热泵　在于欧标测试偏重了待机加热性能测试。　测试结果表明，国标一级能效达与欧标Ａ＋　级能效相当。在相同的机组启停控制方法及保温　性能下，国标性能高的，其欧标性能系数也必定　高，通过一定的修正公式，国标与欧标性能系数间　可进行转换。　热水器［ｓ］．北京：中国标准出版社，２００８．　ｒ－３］ＧＢ　２９５４１　２０１３．热泵热水机（器）能效限定值及能效　欧盟的空气源热泵热水器性能测试标准综合　考虑了用户的用水习惯，待机加热，待机输入功率　与保温散热损失，因此其测得的性能系数更为准　确地反应了产品在该环境温度工况下的真实性能　等级［Ｓ］．北京：中国标准出版社，２０１３．　［４］　ＮＦ　ＥＮ　１　６　１　４７—２Ｏ　１　Ｉ．Ｈｅａｔ　ｐｕｍｐｓ　ｗｉｔｈ　ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ　ｄｒｉｖｅｎ　ｃｏｍｐｒｅｓｓｏｒｓ—Ｔｅｓｔｉｎｇ　ａｎｄ　ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ　ｆｏｒ　ｍａｒｋｉｎｇ　ｏｆ　ｄｏｍｅｓｔｉｃ　ｈｏｔ　ｗａｔｅｒ　ｕｎｉｔｓ　ｒ　Ｓ］．Ｆｒａｎｃｅ：　Ｆｒｅｎｃｈ　ｓｔａｎｄａｒｄ　ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ。２０　１　１．　系数，可信度较高，能够引导产品设计更多地考虑　Ｉ　ｊ－｝　ｊ　业业　Ｉｌ　Ｉ　ｊｌ　ｊｋｒ　妊坐９；｝业ｊ　ｊ　宣　ｊ　§　ｊ　宣　宣　窜●｝宣　宣；色窜　ｊ　ｊ　ｊ－｝业　业逝ｊ；｝　业　；｝　夸　ｊ；｝ｊ　（上接第６０页）　状态，按表１规定的地板采暖除霜工况运行稳定　后，连续运行两个完整的融霜周期或连续运行３　ｈ　（试验总时间从首次融霜周期结束时开始），３　ｈ后　首次出现融霜周期结束为止，应取其长者。　３　结束语　准能规范行业的健康发展，也会促进这种产品技　术的发展，对整个社会的节能做出相应的贡献。　ＪＢ／Ｔ　１１９６６－－２０１４｛空气源多联式空调（热泵）热　水机组》［５　标准的发布实施，为指导企业生产，规范　市场，提升空气源多联式空调（热泵）热水机组产　品的整体性能，充分发挥空气源热泵技术的优势，　顺应“节能减排”的发展趋势产生积极影响。　参考文献　［１］ＧＢ／Ｔ　２９０３１—２【）１２，空气源单元式制冷（热泵）热水　标准起草组通过调研分析空气源多联式空调　（热泵）热水机组的使用现状，应用分析、验证、研　讨等手段，经过标准研制的各个程序，研究确定了　相关术语、定义、型式和基本参数、要求、试验、检　验规则及标志、包装、运输和贮存等关键标准内　容。标准认证的评价指标制热量、消耗功率的指　标及试验方法与现行的相关标准保持一致，性能　要求也考虑到各种功能特性，对于地板采暖的工　机组Ｅｓ］．　［２］ＧＢ／Ｔ　１８８３７　２００２，多联式空调（热泵）机组［ｓ］．　［３］ＧＢ／Ｔ　２１３６２　２００８，商业或工业用及类似用途的热　泵热水机Ｉｓ］．　况进行了规定。标准的要求和性能指标试验方法　均通来大量实验验证，使标准性能要求测试得以　验证，验证结果表明上述方法和指标是可行的。　制定的空气源多联式空调（热泵）热水机组标　［４］ＧＢ　２５１３０－－２０１０，单元式空气调节机安全要求［ｓ］．　Ｅｓ］ＪＢ／Ｔ　１１９６６　２０１４，空气源多联式空调（热泵）热水机　组Ｅｓ］．