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(tǒng)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(tǒng)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(yè)或工業(yè)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(huán)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(tǒng)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(tǒng)；改造

0　引言

近年來熱泵熱水機組因其明顯的安全性、節(jié)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(guī)范，有利于行業(yè)內此類產品的良性發(fā)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(yè)或工業(yè)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(guī)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(huán)境，與GB/T 21362-2008《商業(yè)或工業(yè)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(tǒng)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(yè)或工業(yè)用及類似用途的熱泵熱水機》之間的區(qū)別，并闡述了就此區(qū)別需要對原有空氣源熱泵熱水機組評價系統(tǒng)進行的改造內容，以實現改造后的評價系統(tǒng)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(tǒng)

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(tǒng)為例，根據標準GB/T 21362-2008《商業(yè)或工業(yè)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(tǒng)如圖1所示，該系統(tǒng)由一套空氣處理系統(tǒng)和一套水循環(huán)系統(tǒng)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(tǒng)原理圖

1）水泵1和水泵2：用來調節(jié)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(wěn)定溫度的水源。

4）標準水箱：用來進行循環(huán)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(tài)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(jié)閥：用來調節(jié)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(tǒng)的水流量。

空氣處理系統(tǒng)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(jié)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(jié)來控制。

水循環(huán)系統(tǒng)由水箱、水泵、系統(tǒng)管路和調節(jié)閥組成。由試驗人員設定運行工況，進水溫度通過調節(jié)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(jié)水泵1，控制循環(huán)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(qū)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(guī)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(huán)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(guī)定上有較大的區(qū)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(tǒng)水系統(tǒng)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(yè)或工業(yè)用及類似用途的熱泵熱水機》規(guī)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(tǒng)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(yè)或工業(yè)用及類似用途的熱泵熱水機》測試要求的區(qū)別，對空氣源熱泵熱水機組測試評價系統(tǒng)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(tǒng)原理圖如圖2。

3.1空氣處理系統(tǒng)的改造

空氣處理系統(tǒng)主要配置循環(huán)風機、蒸發(fā)盤管、電加熱和電加濕，對環(huán)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(tǒng)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(tǒng)提出了新的要求。

3.1.1高濕度的連續(xù)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(huán)境中連續(xù)運行12 h、24 h，或更長時間，空氣處理系統(tǒng)中蒸發(fā)盤管難免會結霜。隨著時間的推移，空氣處理機組的循環(huán)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(huán)境中的連續(xù)運行。

高濕度連續(xù)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(tǒng)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(fā)盤管的距離加大，增加隔離措施；蒸發(fā)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(tǒng)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(fā)盤管化霜水需及時排除。

3.1.2低濕度的連續(xù)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(tǒng)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(wěn)定；

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

3.2水系統(tǒng)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(guī)定上有較大的區(qū)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(guī)定小，導致游泳池熱泵熱水機評價系統(tǒng)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(tǒng)有很大區(qū)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(tǒng)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(huán)境空氣傳入干式蒸發(fā)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(tǒng)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(tǒng)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(tǒng)中，泳池熱泵熱水機評價系統(tǒng)的水流量范圍比空氣源熱泵熱水機組評價系統(tǒng)的水流量范圍要寬泛許多，導致圖2中水系統(tǒng)的水泵2、流量1和調節(jié)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(tǒng)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(tǒng)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(yè)或工業(yè)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(yè)或工業(yè)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(tǒng)和水系統(tǒng)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(wěn)定和可靠的測試平臺，可以為該類產品的研究開發(fā)提供有力的保障。

[1] 周峰,馬國遠. 空氣能熱泵熱水器的現狀及展望[J].節(jié)能,2006,25(7): 13-16.

[2] 李翔,倪龍,江輝民,等. 空氣源熱泵熱水器能效評價指標研究[J]. 流體機械,2009,37(11): 69-73.

[3] 黃娟,李紹斌. 變頻雙級增焓熱泵技術在空氣源熱泵熱水器上的應用[J]. 制冷技術,2014,34(1): 49-54.

[4] 潘軍剛,鄭明明,萬莉. 高校集中浴室聯合熱水系統(tǒng)節(jié)能效益分析[J]. 建筑節(jié)能,2015,43(9): 115-118.

[5] 岳海兵,鐘瑜,周到,等. JB/T 11969-2014《游泳池用空氣源熱泵熱水機》標準解析[J]. 制冷與空調（北京）,2015,15(3): 61-63.

[6] 劉榮,陶樂仁,高立博,等. 小型空氣源熱泵熱水機組實驗研究[J]. 低溫與超導,2011,39(2): 64-68.

[7] 高磊,李征濤,王芳. 空氣源熱泵熱水機性能測試臺的研制[J]. 制冷空調與電力機械,2009,30(5): 42-45.

[8] 周俊海,張偉,馬金平,等. 空氣源熱泵熱水機組的全工況性能及試驗裝置的研究[J]. 制冷空調與電力機械,2009,30(6): 65-68.

[9] 樊玢. 熱泵熱水器水箱內水溫分布的研究[J]. 制冷技術,2012,32(4): 26-28.

[10] GB/T 21362-2008 商業(yè)或工業(yè)用及類似用途的熱泵熱水機[S]. 北京: 中國標準出版社,2009.

[11] JB/T 11969-2014 游泳池用空氣源熱泵熱水機[S]. 北京: 中國標準出版社,2015.

[12] 姜昆,劉穎,王芳,等. 空氣源熱泵熱水器全年綜合能效(ACE)分析與實驗[J]. 制冷技術,2012,32(1): 24-27.

[13] 吳靜怡,江明旒,王如竹,等. 空氣源熱泵熱水機組全年綜合能效評定[J]. 制冷學報,2009,30(5): 14-18.

[14] 江斌,陳則韶,陳建新. 空氣源熱泵熱水器變工況特性分析[J]. 暖通空調,2007,37(4): 70-73.

[15] GB/T 10870-2014 容積式和離心式冷水（熱泵）機組性能試驗方法[S]. 北京: 中國標準出版社,2015.

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(tǒng)。聯系地址：合肥市高新區(qū)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。