GB/T 23137-2020《家用和類似用途熱泵熱水器》標(biāo)準(zhǔn)解讀

張子祺 楊雙 吳曉麗 李欣

1.中家院（北京）檢測認(rèn)證有限公司 北京 100176；2.中國家用電器研究院 北京 100037

1 引言

熱泵熱水器由于與其他傳統(tǒng)熱水器比較，能效水平較高，是近年來響應(yīng)國家節(jié)能減排政策主推的生活熱水產(chǎn)品。據(jù)《2019年中國制冷空調(diào)產(chǎn)業(yè)發(fā)展白皮書》[1]顯示，2019年全年熱泵熱水器內(nèi)銷量為95.8萬臺(tái)，是熱水器市場四大細(xì)分品類（電熱水器、燃?xì)鉄崴?、太陽能熱水器和熱泵熱水器）中唯一增長的產(chǎn)品。近年來，國家出臺(tái)相關(guān)綠色節(jié)能政策，推動(dòng)制冷行業(yè)高質(zhì)量發(fā)展。2019年，國家發(fā)展改革委聯(lián)合工信部和財(cái)政部等六部委聯(lián)合發(fā)布《綠色高效制冷行動(dòng)方案》，方案要求大幅提高制冷產(chǎn)品能效標(biāo)準(zhǔn)水平，強(qiáng)制淘汰低效制冷產(chǎn)品，主要制冷產(chǎn)品能效限值達(dá)到或者超過發(fā)達(dá)國家準(zhǔn)入要求，一級能效達(dá)到國際領(lǐng)先水平。其中要求到2022年，熱泵熱水器產(chǎn)品能效提升20%。

2008年12月，GB/T 23137標(biāo)準(zhǔn)首次發(fā)布時(shí)，由于該類型產(chǎn)品在國內(nèi)剛剛起步，標(biāo)準(zhǔn)研究的技術(shù)條件和市場環(huán)境還不成熟。而隨著該類產(chǎn)品進(jìn)入到CCC強(qiáng)制認(rèn)證產(chǎn)品目錄，相關(guān)的國家強(qiáng)制能效標(biāo)準(zhǔn)于2013年公布，原有的產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)不能體現(xiàn)現(xiàn)階段的國內(nèi)行業(yè)水平，特別是能效水平，原有的“單點(diǎn)法”測試已經(jīng)與現(xiàn)階段行業(yè)流行的全年綜合能源消耗效率評價(jià)不相匹配。綜合以上內(nèi)容，使得GB/T 23137標(biāo)準(zhǔn)的修訂迫在眉睫。2020年4月28日GB/T 23137-2020正式發(fā)布，該標(biāo)準(zhǔn)將于2021年11月1日正式實(shí)施，新標(biāo)準(zhǔn)從術(shù)語和定義、產(chǎn)品分類、技術(shù)要求[2]、試驗(yàn)方法[3]、檢驗(yàn)規(guī)則、標(biāo)志[4]等方面進(jìn)行了修訂，主要對于熱泵制熱量、熱水儲(chǔ)存性能、噪聲等產(chǎn)品主要性能指標(biāo)的試驗(yàn)方法進(jìn)行了完善。

2 重點(diǎn)內(nèi)容解讀

2.1 術(shù)語和定義

新版標(biāo)準(zhǔn)在術(shù)語和定義部分做了很大的調(diào)整，增加了全年平均熱泵制熱量（AC）、全年平均熱泵制熱耗電量（AP）、全年能源消耗效率（APF）三個(gè)概念。在原名義工況的基礎(chǔ)上，增加高溫、最小運(yùn)行、自動(dòng)除霜、低溫運(yùn)行工況測試，計(jì)算全年能源消耗效率，代替原單工況點(diǎn)的COP計(jì)算，使能效評價(jià)更貼近實(shí)際使用情況。

2.2 產(chǎn)品分類

隨著能效要求的不斷提升，變頻技術(shù)，如高效變頻壓縮機(jī)、直流調(diào)速風(fēng)機(jī)等也廣泛運(yùn)用于熱泵熱水器產(chǎn)品上。因此，在新版標(biāo)準(zhǔn)修訂時(shí)，產(chǎn)品分類中增加了按壓縮機(jī)控制方式分類，分為轉(zhuǎn)速一定型和轉(zhuǎn)速可控型。

2.3 技術(shù)要求

新版標(biāo)準(zhǔn)從器具的結(jié)構(gòu)、耐候性、氣密和承壓要求、性能、噪聲、包裝和運(yùn)輸?shù)确矫娼o出了熱泵熱水器的相關(guān)要求。針對新版標(biāo)準(zhǔn)，重點(diǎn)變化內(nèi)容主要集中在性能、噪聲等內(nèi)容上。在執(zhí)行新版標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注如下內(nèi)容：

（1）新版標(biāo)準(zhǔn)增加了高溫制熱、自動(dòng)除霜、低溫制熱這三個(gè)工況下制熱量的要求，要求其實(shí)測制熱量均不應(yīng)低于標(biāo)稱值的95%，并給出了高溫制熱消耗功率限值要求，針對高溫制熱消耗功率大小不同，分別給出了限值要求。

（2）新版標(biāo)準(zhǔn)首次在熱泵熱水器產(chǎn)品上提出全年能源消耗效率評價(jià)能效的方法，明確全年能源消耗效率（APF）的計(jì)算以南京地區(qū)為代表城市，并給出了空氣源熱泵熱水器全年平均熱泵制熱性能要求，全年平均熱泵制熱量實(shí)測值不應(yīng)小于標(biāo)稱值的95%，全年平均熱泵制熱消耗功率實(shí)測值不應(yīng)大于標(biāo)稱值的110%，全年能源消耗效率（APF）實(shí)測值應(yīng)不低于表1規(guī)定的數(shù)值，并不應(yīng)低于標(biāo)稱值的95%。

（3）保溫性能是熱泵熱水器的一項(xiàng)重要性能指標(biāo)，針對儲(chǔ)水箱容量不同，分別給出保溫時(shí)間的要求，新標(biāo)準(zhǔn)在修訂時(shí)，將水箱容量進(jìn)一步細(xì)化，不同容量細(xì)分，對應(yīng)的保溫時(shí)間也不相同，并提升了保溫時(shí)長，詳見表2和表3對于新舊版本保溫性能要求的對比。

（4）噪聲是消費(fèi)者關(guān)注度較高的一項(xiàng)重要性能指標(biāo)，針對熱泵熱水器制熱水能力的不同給出不同的噪聲限定值。新版標(biāo)準(zhǔn)根據(jù)家用機(jī)市場分類特點(diǎn)，取消制熱水能力300 L/h以上的限值要求，僅規(guī)定了制熱水能力在300 L/h產(chǎn)品的噪聲限定值，并將噪聲限定值的指標(biāo)值大幅降低，使得噪聲要求更嚴(yán)格（新舊版本噪聲限定值對照見表4和表5），新版標(biāo)準(zhǔn)除給出空氣源熱泵熱水器的噪聲限定值外，還給出了水源熱泵熱水器的噪聲限定值，詳見表6。

表1 空氣源式熱泵熱水器全年能源消耗效率（APF）限定值

表2 保溫要求（2008版標(biāo)準(zhǔn)）

表3 保溫要求（2020版標(biāo)準(zhǔn)）

表4 空氣源熱泵熱水器噪聲限定值（聲壓級）（2008版標(biāo)準(zhǔn)）

表5 空氣源熱泵熱水器噪聲限定值（聲壓級）（2020版標(biāo)準(zhǔn)）

表6 水源熱泵熱水器噪聲限定值（聲壓級）（2020版標(biāo)準(zhǔn)）

（5）新版標(biāo)準(zhǔn)要求包裝在經(jīng)歷振動(dòng)和跌落試驗(yàn)后，增加氣密性和噪聲的相關(guān)考核，需滿足本標(biāo)準(zhǔn)的相關(guān)部分要求。

2.4 試驗(yàn)方法

新版標(biāo)準(zhǔn)在試驗(yàn)方法上的變化一方面是完善已有的測試方法，另一方面則是增加新增測試項(xiàng)目的測試方法。

2.4.1 取消對于溫度計(jì)套管部分的要求

新版標(biāo)準(zhǔn)取消了測量規(guī)定中對于溫度計(jì)套管部分的要求；明確環(huán)境干、濕球溫度按照GB/T 7725規(guī)定的方法測量[5]。

2.4.2 水箱壓力試驗(yàn)增加描述

對水箱壓力試驗(yàn)增加描述，水壓以0.13 MPa/s的速率增至規(guī)定值并保持5 min。

2.4.3 熱泵制熱量試驗(yàn)

（1）新版標(biāo)準(zhǔn)明確了帶有水箱的熱泵熱水器，水箱和主機(jī)在同一個(gè)環(huán)境溫度下進(jìn)行該試驗(yàn)。

（2）考慮到化霜等操作而出現(xiàn)的非穩(wěn)態(tài)運(yùn)行情況，增加附錄B非穩(wěn)態(tài)制熱量的試驗(yàn)方法。

①試驗(yàn)周期

試驗(yàn)在無電輔熱參與的情況下進(jìn)行，工況穩(wěn)定后，手動(dòng)或者自動(dòng)進(jìn)行一次化霜10 min，之后進(jìn)入平衡運(yùn)行階段60 min，開始采集數(shù)據(jù)，運(yùn)行3 h或者三個(gè)完整的化霜周期，取較短者，結(jié)束數(shù)據(jù)采集。非穩(wěn)態(tài)制熱量有以下幾種可能的情況：

表7 非穩(wěn)態(tài)熱泵制熱試驗(yàn)工況參數(shù)的讀數(shù)允差

表8 空氣源熱泵熱水器的試驗(yàn)工況

a.若3 h內(nèi)無自動(dòng)化霜，則計(jì)算采集數(shù)據(jù)3 h內(nèi)的平均制熱量。

b.若3 h內(nèi)沒有一個(gè)完整的自動(dòng)化霜周期，則計(jì)算采集數(shù)據(jù)3 h內(nèi)的平均制熱量。

c.若3 h內(nèi)分別有1個(gè)、2個(gè)、3個(gè)完整的自動(dòng)化霜周期，則分別按照1個(gè)、2個(gè)、3個(gè)化霜周期計(jì)算平均制熱量。

②非穩(wěn)態(tài)熱泵制熱的讀數(shù)允差要求如表7。

（3）對于靜態(tài)加熱式產(chǎn)品，增加了附錄C的水箱內(nèi)水溫的測試方法。

出水溫度是熱泵熱水器性能測試的一項(xiàng)關(guān)鍵指標(biāo)，制熱量、制熱水能力、保溫性能等試驗(yàn)均需要考核出水溫度，為了確保正確測量出出水溫度，降低測試過程中對試驗(yàn)結(jié)果的影響，新標(biāo)準(zhǔn)給出了靜態(tài)加熱式熱泵熱水器水箱內(nèi)水溫的測試方法。為了確保加熱后箱內(nèi)溫度的均勻性，靜態(tài)加熱式熱水器在加熱完成后需要進(jìn)行混水，標(biāo)準(zhǔn)中給出了水箱外混水系統(tǒng)的具體要求：

①根據(jù)水箱容量不同，分別給出測試流量、循環(huán)時(shí)間及判定時(shí)間，當(dāng)判定時(shí)間內(nèi)溫度波動(dòng)不大于±0.1℃時(shí)，認(rèn)為水溫均勻；

②規(guī)定了管路和泵材質(zhì)、連接管路管徑的具體要求[6]，以確保測試中熱損耗的一致性；

③給出了混水系統(tǒng)熱損耗補(bǔ)償?shù)臉?biāo)定及混水系統(tǒng)附加誤差的計(jì)算方法[7]，當(dāng)大于一定值時(shí)，需對測得的水溫進(jìn)行修正。

通過給出統(tǒng)一的水溫測試方法，采用統(tǒng)一的測試工裝和操作方法，提高測試的準(zhǔn)確性。

2.4.4 空氣源熱泵熱水器全年能源消耗效率試驗(yàn)和計(jì)算方法

新版標(biāo)準(zhǔn)以附錄的形式給出了空氣源熱泵熱水器全年能源消耗效率（APF）的計(jì)算方法，APF計(jì)算與實(shí)測工況點(diǎn)、氣候分布、時(shí)間分布、各氣候分布發(fā)生時(shí)間以及輔助裝置功率等因素有關(guān)。實(shí)測工況點(diǎn)為高溫工況、名義工況、最小運(yùn)行工況、自動(dòng)除霜工況、低溫運(yùn)行工況等共5個(gè)工況，其中自動(dòng)除霜工況和低溫運(yùn)行工況可實(shí)測也可按照經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算獲得，詳見表8所示。以南京氣候?yàn)榈湫蜌夂?，分別給出環(huán)境溫度、進(jìn)水溫度和各溫度發(fā)生的時(shí)間條件，通過插值計(jì)算獲得其他工況條件的制熱量和COP值。

需要注意的是，輔助裝置耗電量需要制造商宣稱給出，即制造商需要宣稱每個(gè)氣候分布下輔助裝置的功率值（詳見表9），按照1.3倍的損失系數(shù)計(jì)算獲得輔助裝置的年耗電量。

表9 南京氣象數(shù)據(jù)發(fā)生表

2.4.5 噪聲試驗(yàn)

新版標(biāo)準(zhǔn)針對噪聲測點(diǎn)位置也進(jìn)行了細(xì)化[8]，針對不同結(jié)構(gòu)形式、不同出風(fēng)方式的熱泵熱水器，給出了具體的測點(diǎn)位置，詳見圖1至圖5。

2.5 其他注意事項(xiàng)

新版標(biāo)準(zhǔn)取消了《以CO2為制冷劑的熱泵熱水器》的資料性附錄。原因是該部分已經(jīng)單獨(dú)編制國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 38734-2020《以CO2為制冷劑的熱泵熱水器技術(shù)要求和試驗(yàn)方法》。

3 結(jié)束語

熱泵熱水器一直是熱水器行業(yè)能效水平較高的產(chǎn)品，GB/T 23137-2020標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)布，首次將全年能源消耗效率（APF）引入熱泵熱水行業(yè)，通過多工況點(diǎn)來表示熱泵熱水器的能效，與單點(diǎn)相比更接近用戶的實(shí)際使用，能夠更全面地反應(yīng)產(chǎn)品的能效。用戶端的負(fù)荷隨時(shí)間、地域、使用習(xí)慣而變化，要求熱泵熱水器在較寬的使用條件范圍都具有較高的調(diào)節(jié)功能，實(shí)現(xiàn)優(yōu)化控制。本次修訂盡量與國際相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)接軌，但也充分考慮了國內(nèi)實(shí)際情況和發(fā)展水平的原則，保留了“混水法”進(jìn)行能效相關(guān)測試，規(guī)定了混水系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成和規(guī)格參數(shù)，改變了企業(yè)間由于原有混水裝置的差異而導(dǎo)致能效測試數(shù)據(jù)一致性較差的狀況。本次修訂在熱水儲(chǔ)存性能、噪聲等試驗(yàn)項(xiàng)目上也進(jìn)行了相應(yīng)調(diào)整和細(xì)化，使修訂后的標(biāo)準(zhǔn)繼續(xù)保持先進(jìn)性和可操作性。

圖1 整體落地式側(cè)出風(fēng)測點(diǎn)位置

圖2 整體落地式頂出風(fēng)測點(diǎn)位置

圖3 整體壁掛式和壁掛式水箱（帶運(yùn)動(dòng)部件）測點(diǎn)位置

圖4 分體式外機(jī)測點(diǎn)位置

圖5 分體落地式水箱（帶運(yùn)動(dòng)部件）測點(diǎn)位置

本文對GB/T 23137新版標(biāo)準(zhǔn)與舊版的差異進(jìn)行解讀，為從業(yè)人員更好地理解新標(biāo)準(zhǔn)提供支持。新標(biāo)準(zhǔn)的起草為制定下一版能效標(biāo)準(zhǔn)提供了重要依據(jù)和修訂方向，對于推動(dòng)我國空氣源熱水行業(yè)的發(fā)展、提升行業(yè)整體競爭力具有重要意義。

由于在該新版標(biāo)準(zhǔn)發(fā)布和實(shí)施時(shí)，能效標(biāo)準(zhǔn)GB 29541《熱泵熱水機(jī)（器）能效限定值及能效等級》還未進(jìn)行對應(yīng)修訂，因此內(nèi)容上存在差異，COP和APF兩套能效評價(jià)系統(tǒng)還要并行使用一段時(shí)間。在此期間，企業(yè)需要盡快完成產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)GB/T 23137的版本切換，提高產(chǎn)品競爭力；行業(yè)監(jiān)管和標(biāo)準(zhǔn)制訂單位也需要積極配合，盡快啟動(dòng)新版能效標(biāo)準(zhǔn)的修訂工作，最終實(shí)現(xiàn)能效評價(jià)方法的統(tǒng)一和整個(gè)行業(yè)的提升。