关于澳洲整体式热泵热水器能效测试的要求

曾光明 骆名文 陈文强

(广东美的暖通设备有限公司，广东 佛山 528311)

在澳大利亚和新西兰市场上，销售的热泵热水器需要满足一定的能效要求，政府根据相关节能指标(STCs值)进行补贴。相关的能效测试标准就是AS/NZS 5125.1:2010，该能效测试标准是由澳洲标准委员会制定的针对澳洲新西兰地区热泵热水机性能测试的测试标准。

1 测试精度要求

(1)空气温度/水温:温度测量仪器精度最好在0.1K或更好。

(2)校准范围:水温传感器至少在5℃－65℃范围内进行校准，空气温度传感器至少在5℃－35℃范围内进行校准。

(3)电表:测量工具的测量精度需要控制在0.5%或者更加精确;0.5级别的电子电表满足要求(分辨率在1Wh的表盘式电表也满足要求)。

2 产品安装要求

被测试产品要按照生产商的安装指引进行安装，并使用推荐的安装程序和配件。热水器需安装在平台上，平台的材料可以是木板、中密度纤维板、水泥、胶合板或其它类似木料，厚度为20－30mm，平台的上表面距离地板约为300－400mm。

3 温度点布置要求

水箱中的水必须按照实际水平面至少分为6等分。温度传感器必须安装在水箱内部，确保每个传感器位于相应各部分的质心。

(1)对于立式水箱:温度传感器将被安装在水箱内的每一个水层的质量中心位置。温度传感器要远离阳极保护装置和水箱内壁。具体位置需要根据产品水箱图纸进行计算得到。

(2)对于卧式水箱:传感器位置必须按照下表1要求，是水箱直径D的函数。在测试中，每个温度传感器的实际位置和规定位置的偏差要控制在±0.01D以内。

表1

水箱温度传感器可以通过下列位置安装:(a)阳极装置开口(由于此测试的原因阳极可能被移除);(b)任何其他的进入水箱的位置(比如暂时不用的热水出口或冷水进口);(c)泄压阀开口(可取性较小);(d)当没有其他选择时，可通过水箱中温度传感器处开口设置(最不可取);

4 数据采集要求

采集数据点如下:空气干球温度;空气湿球温度或者相对湿度;水箱中心温度(至少6个温度传感器);热泵的电能输入

数据采集频次:每分钟至少10次。

5 测试电源要求

测试电源:230V±2.5%，50Hz±1%，单相。

6 测试工况

澳洲性能测试过程中共4个测试工况具体见下表2:

不同测试条件对应的环境温度表2:测试条件 空气温度℃ 相对湿度% 1＜10 80～90 2 18～20 60～70 3 30～35 30～40 30～35 55～66 4

测试过程中对于测试工况的精度要求:空气干球温度平均每分钟可允许的变化范围为±1K;相对湿度每分钟可允许的变化范围±3

7 测试过程

在上述4个工况下，将水箱中的水从低温加热到热泵热水器的最高设定温度。

测试过程中的水温要求，见下表3:

不同测试条件的水温要求表3:测试条件 测试开始时刻水温 测试结束时刻水温1﹤10℃2﹤热泵热水器最高15℃3﹤设定温度25℃4﹤25℃

产品测试过程中不允许出现化霜，如果出现化霜则需要在规定湿度条件下重新调整空气温度直到不出现化霜现象。热泵热水机水箱最高温度温度需要超过用于杀菌的最高设定温度。

8 数据处理过程

8.1 测试点周期相关说明

一个测试点周期是一系列水箱平均温度改变量为5－5.5K的一分钟平均数。不同测试点周期的水箱温度范围必须是重叠的。比如:第一个周期可能从10℃到15℃，而下一个周期可以为13℃到18℃。

测试点周期的取值要求:(a)至少有一个测试点周期的平均水箱温度值跟表3中规定的开始时刻水温和结束时刻水温的差值在5K范围内。(b)在表3中规定的水温内，每10K至少包含3个测试点周期。(c)连续的测试点周期的水温重叠值要小于3K。

8.2 计算过程

(a)按照测试点周期的定义，由于采集数据的频率是每分钟至少10次，所以要将数据全部处理成分钟为单位的每分钟平均值。

(b)按照测试点周期的取值方法，以5－5.5K为一周期，计算每个测试点周期的制热量Q、平均功率Power、和性能系数COP。

具体的计算方法如下:

①测试周期的制热量Q(kW)由公式(1)得到:

其中，Me=水和水箱当量的和=Mw+(kg)

Mw=水箱中水的质量=ρV(kg)

ρ=水的密度(取值参照1995版IAPWS标准的值)(kg/m3)

V=水箱容积(m3)

Mt=与水接触的水箱内胆质量(kg)

Cpt=水箱内胆的比热(kJ/kg K)

Cpw=水的比热(取值参照1995版IAPWS标准的值)(kJ/kg K)

Cp=温度为时水的比热(kJ/kg K)

Tt1=测试点周期起始点平均水箱温度(水箱内温度传感器的平均值)(℃)

Tt2=测试点周期终点平均水箱温度(水箱内温度传感器的平均值)(℃)

N=测试点周期水温从Tt1上升到Tt2所经历的时间(min)

Qloss=水箱标准热损失(见标准AS/NZS 4692.1)(kWh/d)

②每个测试周期的平均功率Power由式(2)得到:

其中E2=测试点周期结束时刻电表读数(kWh)

E1=测试点周期起始时刻电表读数(kWh)

③每个测试点周期的性能系数COP由式(3)得到:

(c)数据相关性计算

将表2中的4个工况的所有测试点周期的COP计算值和Power测量值要用非线性二次方程(式4和式5)表示。

这里ai和pi为系数，由所有工况的测试点周期的测试或计算数据进行曲线拟合得到

Ta=测试点周期的空气干球温度平均值(℃)

9 低温测试

根据标准，将热泵系统根据环境温度运行的条件分为3等级。

低温等级A:在低温下不需要辅助加热装置，适合低温运行;

低温等级B:在低温下需要辅助加热装置;

低温等级C:在低温下完全不能运行;

对于低温下完全不能运行的产品和不要进行低温评估的产品都列为“低温等级C”。

对于低温等级A的产品需要进行低温测试。

低温测试工况要求:空气干球温度为0－2℃，相对湿度要求≥90%。

低温测试工况正常情况的精度要求:空气干球温度平均每分钟可允许的变化范围为±1K;相对湿度每分钟可允许的变化范围±3%。

低温测试初始10分钟内、化霜过程、化霜结束后10分钟内的精度要求:空气温度平均每分钟可允许的变化范围为± 2K，相对湿度:±6

低温测试水温要求:初始水温＜10℃，终止水温℃为热泵正常退出温度。

采集数据点如下:空气干球温度;空气湿球温度或者相对湿度;水箱中心温度(至少6个温度传感器);热泵的电能输入

数据采集频次:每分钟至少10次。

根据采集的相关测试数据计算热泵系统从初始温度到热泵正常退出整个过程的COP和能耗，将其与式(4)和式(5)根据TRNSYS模型模拟评估出来COP和能耗的理论值进行对比。由于低温测试工况环境温度较低，肯定会出现化霜现象导致能耗比模拟的理论值要高、COP比模拟的理论值要低。

由于化霜现象导致低温性能衰减，所以要计算出衰减百分比，性能衰减的最小值为0%。

10 总结

澳洲热泵热水器的能效测试标准跟国标的测试过程类似，只是测试工况更多，但是计算处理过程比国标要复杂的多。根据该能效标准得出8个相关系数和低温衰减值过后还需要根据TRNSYS模型进行模拟得出STCs值。