欧盟空气源热泵(静态)热水器生态设计测试研究

马洁丹，臧松彦

(1.珠海格力电器股份有限公司，珠海 519070；2.国家节能环保制冷设备工程技术研究中心，珠海 519070)

欧盟空气源热泵(静态)热水器生态设计测试研究

马洁丹1，臧松彦2

(1.珠海格力电器股份有限公司，珠海 519070；2.国家节能环保制冷设备工程技术研究中心，珠海 519070)

[摘要]本文结合法规EU No.812/2013、EU No.814/2013和标准EN 16147:2011对空气源热泵热水器的ERP测试方法和要求进行分析和总结，并提出测试过程中的各个注意事项，以便读者更好了解新法规对热泵能效的测试要求。

[关键词]空气源热泵热水器；ERP；测试方法

引言

随着人们生活水平的提高，越来越多的家庭希望家里的热水器能够随时供应生活热水，不但可以洗个舒服的热水澡，也可洗漱、洗碗或其它清洁用途。家庭生活用水热泵(空气源热泵热水器)能够在人们需要生活热水时，实现及时供应。作为环保节能的产品，生活用水热泵备受欢迎。

2011年欧盟发布了针对家庭生活用水热泵的测试标准EN16147:2011，供相关厂家参考使用。为了进一步规范市场，促进新技术的不断应用和提升，2013年9月6日欧盟针对空气源热泵热水器发布了首次最新的能效法规要求，即ERP生态设计法规EU No.814/2013和能源标签法规EU No.812/2013。

本文针对欧盟关于空气源热泵热水器的加热效率ηwh、最大可用热水量Vmax要求进行测试方法研究，并进行总结和分析，供相关单位参考。

1空气源热泵热水器ERP法规与标准

1.1　EU No.812/2013

EU No.812/2013是关于各种负载间档的热水器能效、水箱的能效等级划分要求，以及各种热水器和水箱的能源标签的标识格式要求、产品卡片标称信息要求、各种热水器的测试条件要求、热水机能效计算方法、市场监督的核查要求。该法规是针对热水器各项宣称信息的规定。

1.2　EU No.814/2013

EU No.814/2013是关于热水器的ERP生态设计法规，法规规定了不同负载间档的产品的热水器的能效最小值、40℃混合水总量最小值、贮热水箱的存储损耗最小值以及对应的实施时间。

1.3　EN16147:2011

EN16147：2011是对热泵热水器能效测试方法的描述，包括对测试仪器及仪器的不确定性、热泵的安装要求、性能和能耗测试方法等。

1.4　EU No.812/2013、EU No.814/2013和EN 16147:2011三者间的关系

EU No.812/2013、EU No.814/2013法规(以下简称法规)的发布时间为2013年9月6日，标准EN16147:2011(以下简称标准)的发布日期为2011年1月。尽管法规的附录规定了相关的测试要求，但是不明确详细，不具备操作性。测试方法用EN16147标准描述的方法，标准描述与法规要求有冲突时，以法规要求为准。

2法规能效要求参数及标准计算公式

2.1　ERP要求参数

根据法规限值要求，主要体现在加热效率ηwh、最大可用热水量Vmax。

加热效率ηwh通过法规EU No.812/2013规定的计算方法综合计算得出。最大可用热水量Vmax通过标准EN161476:2011第6.6章公式(13)综合计算得出。

2.2　热泵加热效率ηwh计算公式

依据EU No.812/2013的附录VIII的3.(a)的加热效率ηwh计算公式：

针对普通的空气源热泵热水器(不带智能型控制器的空气源热泵热水器)，上述公式简化为：

ηwh=Qref/(CC·Qelec-k·24·Pstby)

式中：

Qref—对应放水模式下的放水热量；

Qelec—放水模式结束下的耗电量；

Pstby—无热水需求下，产品在运行模式下的热泵热水器的热损失；

CC—转化系数，2.5；

K—校正因数，各负载间挡的K值见表1。

表1K值

3XS,XXS,XS,S,M,L,XLXXL,3XL,4XLK0,230,0

2.3　最大可用热水量Vmax计算公式

标准EN16147：2011中的最大可用热水量Vmax计算公式：

3测试项目和测试条件

3.1　测试项目及原理

3.1.1测试项目

对于普通的空气源热泵热水器(不带智能型控制器的空气源热泵热水器)，根据加热效率ηwh、最大可用热水量Vmax的公式可知，涉及Pstby、Qref、Qelec、Vmax参数的确定，共涉及三个测试项目测试，分别为：待机功耗测试、放水循环测试、40℃热水最大放水量测试。

法规要求的测试方法与EN16147相同，不同的是测试条件不同。

3.1.2测试原理

标准EN16147对这几个参数的测试项目模拟热水器正常的工作状态，及测试项目的安排进行各个参数的测试考核。为了使测试可以连续进行，标准将这几个测试连接一起进行，测试具体可以分为启动加热阶段1、水温达到设定的温度进入连续保温阶段2、循环放水测试阶段3、最大放水量测试阶段4。

待机功耗是热泵在完成将水加热至设定水温后，停止加热，直至水温低于设定值再次启动期间消耗的功率。因此需要机组启动运行至达到水温停止加热，到机组再次启动加热的一个周期进行待机功耗的测试。标准考虑到此周期的一个稳定性，选择了机组加热至设定温度停止加热后6个压缩机开停周期或48小时后第一个压缩机开停的周期内最后一个压缩机开停的周期，作为测试周期。因此此阶段可在机组启动加热的阶段1后进行测试，即阶段2。

放水循环测试是体现热水器能效的主要测试阶段。此阶段主要是模拟生活各项用水过程中，测得热水器产生的热量和电量。此阶段开始时，模拟热水机已完成了热水的加热，开始进行放水工作。此阶段3刚好可以在阶段2加热至停机之后进行放水。

最大放水量是在热水器加热至压缩机关闭后以规定水流量进行放水测试，直至出水水温低于40℃。此阶段4是从压机加热停机后进行，而第3阶段的测试是在进行7∶30至21∶45阶段或之后最后一个压机加热完成关闭后的周期内进行，刚好符合在压机完成加热停机后的条件。因此，此两项测试也可以连续进行。

如果实验室和设备软件允许，整个测试过程是可以完全自动控制，并且连续完成的。

3.2　测试条件

3.2.1环境条件(以法规要求为准)：见表2

表2环境条件

空气源室外空气室内空气废气气候条件普通寒冷温暖不适用温度(℃)(干球/湿球)7/62/114/1320/15max20/12

3.2.2其他条件：见表3

表3其他条件

条件要求测试电源电压额定电压测试电源频率额定频率空气源侧的风量名义的或厂家宣称的最大风量进水温度10℃

3.2.3仪器和不确定度

按照EN 16147:2011的表1和表2要求。

3.3　待机功耗测试——用以确定公式中的Pstby

在水箱中加满水，开始运行，直到机组自动停机，进行待机功耗的测试。此阶段需要连续运行6个完整周期(压缩机停机到下一个压缩机停机为一个完整的周期)，或者测试进行48h后的第一次压缩机停机时测试结束。记录最后一个完整周期所用的时间t(h)及耗电量W(kWh)，用以下公式计算待机功耗Pstby(kW)：

Pstby=W/t

3.4　放水模式及水流量(法规要求)

3.4.1放水模式

EU No.812/2013法规共给出了8个放水模式，分别为3XS、XXS、XS、S、M、L、XL、XXL；

EU No.814/2013法规共给出了10个放水模式，分别3XS、XXS、XS、S、M、L、XL、XXL、3XL和4XL.

EN16147标准工给出了5个放水模式，分别为S、M、L、XL、XXL；

法规和标准中描述的放水模式除了数量不同外，相同放水模式的要求是相同的。

3.4.2水流量

放水时的水流量依据法规中不同放水模式要求的流量。根据法规要求，水流量共有12种放水流量要求，分别为2、3、4、5、6、10、16、24、32、48、64、96，单位为l/min。

3.4.3测试

在宣称放水模式下的有效能量Qref、耗电量Qelec(简称放水测试)——用以确定公式中的Qref，Qelec。

本文以L模式为例进行说明(见表4)：

表4

序号h/mmQtap(kWh)f(l/min)TmTp107∶000.105325207∶051.400640307∶300.105325407∶450.105325508∶053.605101040608∶250.105325708∶300.105325808∶450.105325909∶000.1053251009∶300.1053251110∶300.105310401211∶300.1053251311∶450.1053251412∶450.315410551514∶300.1053251615∶300.1053251716∶300.1053251818∶000.1053251918∶150.1053402018∶300.1053402119∶000.1053252220∶300.735410352321∶003.6051010402421∶300.105325Qref(kWh)11.655

注：

Qtap为有效含能量，即指温度大于等于有效水温、流速大约等于有效水流量时的热水的能含量，单位为kWh。

f为有效水流量，即提供参考能量的最低水流量，单位为l/min。

Tm为有效水温，即开始计入有效热量的最小温度，单位为℃。

TP为峰值温度，即放水期间需达到的最低温度，单位为℃。

Qref为参考能量，即为特定负载挡下排水的有效能含量总和，单位为kWh。

根据进行测试的放水模式，从法规中可查得对应放水模式的参考能量Qref。测试按照法规中相关模式的要求进行测试，包括放水时间、放水流量、每次放水的热量、放水的温度。记录该放水模式下的放水实测放水热量Qref，测试的实际时间tTTC(h)，tTTC期间热泵所消耗的电功率Q(kWh)。

Qelec=Q-(tTTC-24)·Pstby+Qt

Qelec为日耗电量，即为测量放水周期内的电量，单位为kWh。

Qt为整个放水周期内电阻加热器产生的热量，单位为kWh。

tTTC的确定原则为：

从第一次放水开始的时间计算，tTTC至少为24h(图1)或者24小时后的第一次压缩机运行停止的时刻(图2)。

图1

图2

3.5　最大可用热水量——用以确定法规要求的最大可用热水量

在循环放水测试结束后，压缩机停机的同时立即开始按照进水流量(10±0.5)l/min每分钟的水流量进行放水，直至出水温度低于40℃。

通过2.3计算公式积分得出出水温度大于等于40℃的最大热水量。

4测试注意事项

4.1　测试安装

为了保证测试准确度，测试工装应满足测试要求。进出水的温度检测采用铂电阻，铂电阻安装在三通上(下图Ti)。铂电阻通过水箱的进出水管伸入，并处于水管的正中央且尽可能的靠近水箱的进出水口。

图3

所有测试时使用的电源按厂家推荐的额定电压和频率。在热泵最初启动之后，保持整个测试期间输入电源的稳定。环境温度应保持稳定，为了确保出水口水温不受环境温度影响，尽可能的将出水管铂电阻点进行保温隔离，最好在距离进水口和出水口附近段水管进行保温，以确保进入水箱水温可以稳定符合要求、出水口水温在铂电阻采样处稳定而准确，保证出水口铂电阻检测的温度是水箱排出的真实水温。

4.2　待机功耗测试注意事项

在待机功耗测试期间，进水阀和出水阀关闭。如果条件允许，将进水管和排水管取下。

水箱周围环境温度维持在工况要求下的范围内，最好在水箱周围用热电偶进行辅助监控水箱周围的环境温度。

4.3　放水测试循环测试注意事项

家庭在生活用水的实际使用情况是水箱排放热水，与水管排放的冷水进行混合，冷热水的混合比例由个人决定，没有代表性。所以标准法规中给出的放水模式只能是模拟的，非真实的情况。

放水测试过程中，注意每次放水的Tm和Tp要

求。每次放水出水水温低于Tm的水量对于针对放水热量的贡献是无效的。同时要兼顾放水要求的Tp，有Tp要求的放水时间段内，出水温度不能低于Tp；出水温度一旦低于Tp，则使用电热进行加温，并将电热计入机组的输入消耗功率。

放水时，每次的放水热量小，时间短，流量计不能放在出水口(管)上，放在出水口(管)上没有办法保证水管内的热水计算在内，即时计算在内，误差也会较大，导致测试不准确。

4.4　最大可用热水量Vmax测试注意项

根据法规标准要求，测试最大可用热水量。最大可用热水量与产品的耗电量无关，为了Vmax最大，在测试过程中不要断开电源，放水过程中压缩机会重新启动持续的进行加热，直至出水温度低于40℃。

5小结

本文结合法规EU No.812/2013、EU No.814/2013和标准EN 16147:2011对空气源热泵热水器的ERP测试方法和要求进行总结和分析，并提出测试过程中的各注意事项，以便读者更好了解新法规对热泵能效的测试要求。

6参考文献

[1] (EU) NO 812/2013,supplementing Directive 2010/30/EU of the European Parliament and of the council with regard to the energy labeling of water heaters,hot water storage tanks and packages of water heater and solar device[S].

[2] (EU) NO 814/2013,implementing Directive 2009/125/EC of the European Parliament and of the Council with regard to ecodesign requirements for water heaters and hot water storage tanks[S].

[3] EN 16147:2011,Heat pumps with electrically driven compressors-Testing and requirements for marking of domestic hot water units[S].

[4] 张辉.欧洲静态加热式空气源热泵热水机性能测试方法探讨[J].制冷与空调，2013,13(6):49-51

Study of the Test about Ecodesign of Air Source Heat Pump (Static) Water Heater in European Market

MA Jiedan1,ZANG Songyan2

(1.GREE Electric Appliances, Inc.of Zhuhai,Zhuhai 519070,China;

2.National Engineering Research Center of Green Refrigeration Equipment,Zhuhai 519070,China)

Abstract：This paper analyzed and summarized the ERP test of Air source heat pump water heater,with the code of EU No.812/2013,EU No.814/2013 and the standard of EN 16147:2011,and brought forward notice of the test,for the reader knowing more about the energy efficiency test of heat pump.

Keywords：Air Source Heat Pump Water Heater；ERP；Test Method

[中图分类号]TQ051.5[文献标示码]A

doi:10.3696/J.ISSN.1005-9180.2015.01.015

文章编号：ISSN1005-9180(2015)01-075-05

作者简介：马洁丹(1988-)，女，助理工程师，研究方向：热泵测试技术。Email：majiedan@126.com

收稿日期：2014-10-15