游泳池热泵热水机新标准对空气源热泵热水机组测试评价系统的改造要求解析

钱雪峰，樊海彬，倪健，何亚峰，贾甲

（合肥通用机械研究院，安徽合肥 230088）

游泳池热泵热水机新标准对空气源热泵热水机组测试评价系统的改造要求解析

钱雪峰*，樊海彬，倪健，何亚峰，贾甲

（合肥通用机械研究院，安徽合肥 230088）

新标准JB/T 11969-2014《游泳池用空气源热泵热水机》是在GB/T 21362-2008《商业或工业用及类似用途的热泵热水机》的基础上进行修订的，而测试工况更贴近游泳池用空气源热泵热水机的实际使用环境。本文对比了两个标准对测试要求的差异，分析了为满足新标准要求需要对依据标准GB/T 21362-2008建造的空气源热泵热水机组测试评价系统进行改造的要点，并对测试设备改造内容进行了详细的论述。

空气源热泵热水机；测试评价系统；改造

0　引言

近年来热泵热水机组因其明显的安全性、节能性，受到了广大消费者的关注，显示出巨大的市场潜力。但由于提供给游泳池的热水温度与一般热泵热水机供给生活热水或采暖热水的温度差异比较大，机组运行工况有其自身的特点，标准JB/T 11969-2014《游泳池用空气源热泵热水机》对此类热泵热水机的设计、生产和检测等方面做出了规范，有利于行业内此类产品的良性发展[1-4]。

由于游泳池用空气源热泵热水机的试验方法参考了GB/T 21362-2008《商业或工业用及类似用途的热泵热水机》中相关的试验方法，其试验项目及试验要求等也引用GB/T 21362-2008中条文6的相关规定。但新标准JB/T 11969-2014《游泳池用空气源热泵热水机》中的测试工况更贴近泳池用空气源热泵热水机的实际使用环境，与GB/T 21362-2008《商业或工业用及类似用途的热泵热水机》中的工况有较大差别，对依据标准GB/T 21362-2008建造的空气源热泵热水机组测试评价系统进行必要的改造，以满足游泳池用空气源热泵热水机的测试需求，是较为经济和简便的途径[5-7]。

本文详细地论述了新标准JB/T 11969-2014《游泳池用空气源热泵热水机》与GB/T 21362-2008《商业或工业用及类似用途的热泵热水机》之间的区别，并阐述了就此区别需要对原有空气源热泵热水机组评价系统进行的改造内容，以实现改造后的评价系统满足游泳池用空气源热泵热水机的测试需求。

1　空气源热泵热水机组评价系统

以制热量范围为20 kW～120 kW的空气源热泵热水机组测试评价系统为例，根据标准GB/T 21362-2008《商业或工业用及类似用途的热泵热水机》要求的测试项目，参考标准GB/T 10870-2014《容积式和离心式冷水（热泵）机组性能试验方法》，搭建的测试评价系统如图1所示，该系统由一套空气处理系统和一套水循环系统组成[8]，主要包括以下设备。

图1　空气源热泵热水机组测试评价系统原理图

1）水泵1和水泵2：用来调节被测样机测试所需水流量；水泵3和水泵4：用来提供辅助设备所需水流量。

2）冷水机组：用来为恒温水箱降温。

3）恒温水箱：用来为测试提供稳定温度的水源。

4）标准水箱：用来进行循环加热式的热水机的测试。

5）空气处理机组：用来维持测试间内空气状态达到测试所需工况。

6）温湿度取样器：用来测量测试间内的空气干球和湿球温度。

7）调节阀：用来调节被测机组进水温度。

8）测量用铂电阻：用来测量被测机组进水和出水温度。

9）流量计：用来测量测试系统的水流量。

空气处理系统由测试间、空气处理机组、温湿度取样器组成。由试验人员设定运行工况，干球温度通过空气处理机组配置的电加热管调节平衡所配压缩冷凝机组制冷量来控制；湿球温度通过加湿箱配置的电加热管调节来控制。

水循环系统由水箱、水泵、系统管路和调节阀组成。由试验人员设定运行工况，进水温度通过调节阀1控制恒温水箱和样机回水的兑水比例控制；出水温度通过变频器调节水泵1，控制循环水量来控制；恒温水箱配置可调的电加热，用来精确控制水箱温度[9]。

2　JB/T11969-2014与GB/T21362-2008测试要求的区别

游泳池用空气源热泵热水机标准是在GB/T 21362-2008的基础上，针对泳池热泵热水机特点而制定的。该标准与GB/T 21362-2008的主要不同之处在于以下两点。

1）试验工况的差异

JB/T 11969-2014标准在GB/T 21362-2008型式分类（具体工况见表1）的基础上[10]，在各工况中增加了大温差和小温差的测试内容，分别规定了不同的进水和出水温度以及干球和湿球温度（具体工况见表2）[11]，以更好地适应泳池用空气源热泵的实际使用环境。

由表1和表2可以看出，两个标准在使用侧进水和出水温度的规定上有较大的区别。表1中使用侧进水温度最高为29℃，出水温度最高均为55℃；而表2中进水温度最高为26℃，出水温度最高均为30℃。表1中使用侧最大进出水温差（如低温型名义工况）为46℃，而表2中使用侧最大进出水温差（如低温工况大温差）为21℃，仅接近表1中的一半。因此原来的空气源热泵热水机组测试评价系统水系统需要改造。

2）名义工况下性能系数（COP）限值的差异

表1　空气源热泵热水机的试验工况（单位：℃）

表2　泳池热泵的试验工况（单位：℃）

GB/T 21362《商业或工业用及类似用途的热泵热水机》规定的热水机热泵名义工况时的性能系数（COP）限值如表3所示。

表3　热水机名义工况时的性能系数COP（单位：W/W）

由于泳池热泵名义工况热源侧和使用侧与GB/T 21362中定义的名义工况均存在差异，根据多家制造商测试数据综合考虑，初步确定游泳池用空气源热泵热水机名义工况时性能系数：普通型不低于4.3，低温型不低于3.6。

3　测试评价系统的改造

基于JB/T 11969-2014《游泳池用空气源热泵热水机》与GB/T 21362-2008《商业或工业用及类似用途的热泵热水机》测试要求的区别，对空气源热泵热水机组测试评价系统需要进行相应的调整改造，达到游泳池用空气源热泵热水机的全工况的测试要求[12-14]，改造后的测试评价系统原理图如图2。

3.1空气处理系统的改造

空气处理系统主要配置循环风机、蒸发盘管、电加热和电加湿，对环境间进行降温、除湿或者加热和加湿处理，以保证达到测试要求的干球和湿球温度[4]。

图2　游泳池用空气源热泵热水机测试评价系统原理图

为达到游泳池用空气源热泵热水机的全工况测试，对评价系统提出了新的要求。

3.1.1高湿度的连续运行

例如融霜工况，空气侧干球温度/湿球温度为2℃/1℃，其相对湿度为83%。游泳池热泵热水机组在如此低温高湿环境中连续运行12 h、24 h，或更长时间，空气处理系统中蒸发盘管难免会结霜。随着时间的推移，空气处理机组的循环风量会越来越少，游泳池用空气源热泵热水机自身的结霜面积和厚度也会越来越大，进而无法模拟样机在真正的高湿度环境中的连续运行。

高湿度连续运行的解决方法及相关问题如下：

1）设计时考虑压缩冷凝机组能力组合的平衡性。如一套空气处理系统配置了3台压缩冷凝机组，在设计时保证其中2台的制冷量之和等于第3台的制冷量，这样在长时间运行后切换压缩冷凝机组时工况偏差就不会超出标准的要求；

2）设计时考虑将电加热与蒸发盘管的距离加大，增加隔离措施；蒸发盘管采用水平布置 (现有的大部分是采用竖直布置)，使凝露水更快、更及时地排除，以减少结霜；同时对空气处理器的内面板加强保温措施确保在高湿度的工况下运行时测试评价系统内部的电器不出现漏电、短路现象；

3）空气处理机排水管要采用较大管径，在高湿度试验结束的升温过程中，蒸发盘管化霜水需及时排除。

3.1.2低湿度的连续运行

例如最大负荷工况，空气侧干球温度/湿球温度为为43℃/26℃，相对湿度为26%。游泳池热泵热水机组的吸热侧也对湿球温度的要求较为严格。当测试间的湿球温度高于设定温度时，解决方法及相关问题如下：

1）使用加开制冷机的方法，除湿的效果比较明显，但投入的制冷量加大了，就需要相应地投入更多热量来保持房间温度的平衡，测试评价系统压缩冷凝机组的制冷量需要一个科学的配比，以保证在投入较少制冷量的情况下，测试间的干球温度和湿球温度能达到稳定；

2）打开旁通风阀或变频调节循环风机风量，都是通过减少流经蒸发盘管的风量，实现除湿效果的提高。

3.2水系统改造

由表1和表2可以看出，两个标准在使用侧进出水温差的规定上有较大的区别，见表4。

由表4可知，由于表2中无论是使用侧最大进出水温差还是最小进出水温差均比表1中的规定小，导致游泳池热泵热水机评价系统的水流量范围与同等制热量的空气源热泵热水机组评价系统有很大区别。

表4　表1与表2工况中使用侧进出水温差对比

现以制热量范围为20 kW ～120 kW的评价系统为例，根据式1可计算得出水流量范围[15]。

式中：

Qh——主要试验测量的机组制热量，W；

C——平均温度下水的比热容，J/(kg·℃)；

ρ——平均温度下水的密度，kg/m3；

qv——使用侧冷（热）水体积流量，m3/s；

t1——使用侧冷（热）水进口温度，℃；

t2——使用侧冷（热）水出口温度，℃；

Qc,h——环境空气传入干式蒸发器冷水侧的修正项，W。对于使用侧换热器水侧进行隔热时，式(1)中的Qc,h可忽略不计。

由式1可得出，游泳池热泵热水机测试评价系统的水流量范围(0.81～51.60) m3/s；空气源热泵热水机组测试评价系统的水流量范围(0.37～3.96) m3/s。由此可见，同等制热量的评价系统中，泳池热泵热水机评价系统的水流量范围比空气源热泵热水机组评价系统的水流量范围要宽泛许多，导致图2中水系统的水泵2、流量1和调节阀1都要比图1中有较大的调整；为保证流量计的精度要求，流量计的最小流速要大于0.3 m/s，同时流量计测量范围跨度最好控制在10倍以内，因此在游泳池热泵热水机测试评价系统的水流量范围(0.81～51.60) m3/s，必须将流量计1变成2台流量计，1台流量计测量范围为(0.8～8.0) m3/s，另1台流量计测量范围为(8.0～51.60) m3/s，以满足流量测试精度要求。水泵和三通阀均按上述流量范围考虑选型，两套管路并联切换使用，以保证温度和流量的控制精度满足国标要求如图3。

图3　调整后游泳池用空气源热泵热水机测试评价系统原理图

4　结论

本文就新标准JB/T 11969-2014《游泳池用空气源热泵热水机》与GB/T 21362-2008《商业或工业用及类似用途的热泵热水机》中的差异，对原来依据标准GB/T 21362-2008《商业或工业用及类似用途的热泵热水机》建造的空气源热泵热水机组试验装置提出改造思路，并对试验装置主要组成部分空气处理系统和水系统提出了的具体改造方法。

改造后的试验装置完全满足游泳池用空气源热泵热水机的性能测试要求，是一个设计合理、测试准确、稳定和可靠的测试平台，可以为该类产品的研究开发提供有力的保障。

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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

*钱雪峰（1982-），男，学士，高级工程师。研究方向：空调产品的评价系统。联系地址：合肥市高新区天湖路29号，合肥通用机械研究院513室，邮编：230088。联系电话：0551-65335974。E-mail：qianxuefeng_0@163.com。