循环式空气源热泵热水机最大输入功率的试验方法研究

ＦＬＵＩＤ　ＭＡＣＨＩＮＥＲＹ　Ｖｏ１．４０，Ｎｏ．７，２０１２　文章编号：１００５—０３２９（２０１２）０７—００６０—０４　循环式空气源热泵热水机最大输入功率的　试验方法研究　王敏，张伟，马金平，李芳，杨冬冬　（合肥通用机械研究院，安徽合肥２３００３１）　摘要：依据热泵热水机的相关产品标准，提出了循环式空气源热泵热水机最大输入功率的３种试验方法，并通过相　应试验进行验证分析，找到了一种准确可靠的试验方法。　关键词：循环式空气源热泵热水机；最大负荷工况；最大输入功率；试验方法　中图分类号：ＴＨ３　文献标识码：　Ａ　ｄｏｉ：１０．０９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００５—０３２９．２０１２．０７．０１５　Ｔｅｓｔｉｎｇ　Ｍｅｔｈｏｄ　Ｓｔｕｄｙ　ｏｎ　ｔｈｅ　Ｍａｘｉｍｕｍ　Ｉｎｐｕｔ　Ｐｏｗｅｒ　ｏｆ　Ｃｉｒｃｕｌａｔｏｒｙ　Ａｉｒ・ｓｏｕｒｃｅ　Ｈｅａｔ　Ｐｕｍｐ　Ｗａｔｅｒ　Ｈｅａｔｅｒ　ＷＡＮＧ　Ｍｉｎ，ＺＨＡＮＧ　Ｗｅｉ，ＭＡ　Ｊｉｎ－ｐｉｎｇ，ＬＩ　Ｆａｎｇ，ＹＡＮＧ　Ｄｏｎｇ—ｄｏｎｇ　（Ｈｅｆｅｉ　Ｇｅｎｅｒａｌ　Ｍａｃｈｉｎｅｒｙ　Ｒｅｓｅａｒｃｈ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｈｅｆｅｉ　２３００３１，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ　ＧＢ　ｓｔａｎｄａｒｄｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｍａｘｉｍｕｍ　ｉｎｐｕｔ　ｐｏｗｅｒ　ｆｏｒ　ｔｈｅ　ｈｅａｔ　ｐｕｍｐ　ｗａｔｅｒ　ｈｅａｔｅｒ　ｕｎｄｅｒ　ｍａｘｉｍｕｍ　ｌｏａｄ　ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ　ａｒｅ　ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ．Ｔｈｅｎ　ｔｈｒｅｅ　ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ　ｔｅｓｔｉｎｇ　ａｐｐｒｏａｃｈｅｓ　ｆｏｒ　ｔｈｅ　ｃｉｒｃｕｌａｔｏｒｙ　ａｉｒ—ｓｏｕｒｃｅ　ｈｅａｔ　ｐｕｍｐ　ｗａｔｅｒ　ｈｅａｔｅｒ　ａｒｅ　ｒｅｓｅａｒｃｈｅｄ　ａｎｄ　ｃｏｍ－　ｐａｒｅｄ，ｍｅａｎｗｈｉｌｅ　ｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇ　ｔｅｓｔｉｎｇ　ｖｅｒｉｉｆｃａｔｉｏｎ　ａｎｄ　ａｎａｌｙｓｉｓ　ａｒｅ　ｐｒｅｓｅｎｔｅｄ，ｔｈｅｒｅｆｏｒｅ，ａｎ　ａｃｃｕｒａｔｅ　ａｎｄ　ｒｅｌｉａｂｌｅ　ｔｅｓｔｉｎｇ　ｍｅｔｈｏｄ　ｉＳ　ｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｃｉｒｃｕｌａｔｏｒｙ　ａｉｒ—ｓｏｕｒｃｅ　ｈｅａｔ　ｐｕｍｐ　ｗａｔｅｒ　ｈｅａｔｅｒ；ｔｈｅ　ｍａｘｉｍｕｍ　ｌｏａｄ　ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ；ｔｈｅ　ｍａｘｉｍｕｍ　ｉｎｐｕｔ　ｐｏｗｅｒ；ｍｅｔｈｏｄ　ｏｆ　ｔｅｓｔｉｎｇ　１前言　产品生产许可证取证单元目录，随后于２００７年正　式将热泵热水机以一个单独的产品类别纳入工业　产品生产许可证制度管理范围。从此，不仅名义　制热量小于等于２４．３６ｋＷ的热泵热水机必须进　行强制性产品认证，而且名义制热量大于２４．３６　ｋＷ的热泵热水机产品也从法律行政层面加以管　控，使得该类产品的行业准入和质量控制得到进　一近年来，热泵制取热水技术作为一种新型可　再生能源利用技术越来越广受关注，其通过耗费　较少的电能，就可以把大量蕴藏于大气或水中的　免费的、低品位能源转移到生活用水中加以利用。　与采用燃油、燃气、电锅炉等常见供应热水产品相　比较，热泵热水机不仅更加节约能源，而且能够　“移峰填谷”，缓解电网紧张状况，因而在国内外　市场占据着重要地位，有着广阔发展空间和应用　前景　。　步加强。　为检验器具铭牌所标注的额定值是否符合要　求，避免使用者在按照额定值选择的供电电源与　器具实际输入差距较大而发生危险，消除电器产　品对人身和财产的安全隐患，因此在中国强制性　产品认证型式试验和国内各级产品质量监督抽查　热泵热水机产品在国内诞生仅有十几年历　史，目前发展势头迅猛，据不完全统计，国内行业　厂数量已逾３００家。早在２００６年４月，国家质量　技术监督检验检疫总局便将热泵热水机列人工业　收稿日期：２Ｏｌ１一ｌＯ一２６修稿日期：２ｏ１２－０６—０７　时，最大输入功率一直是必查的重要项目。但现　阶段国家标准中对于电气安全的相关要求都是通　２０１２年第４０卷第７期　流体机械　６ｌ　用型的，并没有针对具体某类产品。实际中产品　的类型五花八门，尤其是制冷空调类产品，通用标　准难以涵盖具有不同特性的制冷空调产品，进而　造成认证工程师对标准的理解不一和使用不当。　本文就循环式空气源热泵热水机这类特定产品，　对其最大输入功率的检测进行深入细致地分析，　指出了较合理、准确、可靠的试验方法。　２热泵热水机最大负荷工况运行时最大输入功　率试验方法的标准介绍　目前，国内生产的热泵热水机产品需遵循下　述国家标准：　ＧＢ／Ｔ　２３ｌ３７＿２００８《家用和类似用途热泵热　水器》；ＧＢ／Ｔ　２１３６２－－２００８（商业或工业用及类似　用途的热泵热水机》；ＧＢ　４７０６．１＿２ｏ０５《家用和　类似用途电器的安全第１部分：通用要求》；ＧＢ　４７０６．３２＿一２ｏ０４《家用和类似用途电器的安全热　泵、空调器和除湿机的特殊要求》；ＧＢ　４７０６．１２—　２００６（家用和类似用途电器的安全储水式热水器　的特殊要求》。　其中前２个为性能标准，分别针对家用和商　用产品；后３个为安全标准，需同时使用。　２．１性能标准介绍　产品的性能标准为最大负荷运行提供工况和　方法依据。在生产者没有特别声明的情况下，通　常取性能标准中最大负荷工况作为获取最大输入　功率的试验工况。　目前，市面上的空气源热泵热水机产品主要　分为一次加热式和循环加热式。一次加热式的制　热量试验方法依据ＧＢ／Ｔ　１０８７０－－２００１中的液体　载冷剂法，即通过测量热水机使用侧进、出口水温　和流量进而计算出热水机的制热量　。这种办　法虽简单直接，但却不适用循环加热式热水机进、　出口温度及所配用储热水箱水温逐步上升的情　况，无法准确反映该类热水机出水温度持续升温　的制热特征。　针对循环式空气源热泵热水机的制热特性，　ＧＢ／Ｔ　２１３６２－－２００８中给出了相应的试验方法：使　用侧采用图１所示的试验装置进行测试　；热源　侧采用ＧＢ／Ｔ　１７７５８－－１９９９附录Ａ空气焓差法中　的室内空调装置，使其达到热源侧环境温度条　件　。　（ａ）自带水泵　（ｂ）不带水泵　图１　循环加热式热泵热水机的试验流程　２．２安全标准介绍　产品的安全标准条款介绍了输入功率测试时　的试验方法和判定依据，具体如下：　热泵热水机适用的通用安全标准ＧＢ　４７０６．１—２ｏ０５中关于最大输入功率描述了２种　情况　］：一种情况是输入功率最终可以建立稳定　状态的，则取达到稳定状态一段时间内的功率平　均值；另一种情况是输入功率在整个工作周期内　是变化的，则取一个具有代表性期间内出现的输　入功率平均值。热泵热水机的安全特殊标准ＧＢ　４７０６．３２—２００４和ＧＢ　４７０６．１２—２ｏ０６对最大输　入功率没有附加规定　’　。　３循环式空气源热泵热水机的最大负荷工况运　行时最大输入功率试验方法　由于循环加热式机组热水温度可以调节，从　而满足不同用户的个性化需求，目前市场上主要　以循环式空气源热泵热水机为主。因此本文以循　环加热式热泵热水机为例探讨其在最大负荷工况　下的输入功率试验方法具有普遍意义和应用价　值。　ＧＢ／Ｔ　２１３６２－－２００８对循环加热式空气源热　泵热水机的最大负荷工况有明确规定，具体见表　１［　。　表１　循环式空气源热泵热水机最大负荷工况表（℃）　类型　家用　商用普通型　商用低温型　水侧　初始水温度　２９　２９　２９　终止水温度　５５　５５　５５　空气侧　干球温度　４３　４３　４８　湿球温度　２６　２６　２３　虽然空气侧干湿球温度没有变化，但由于出　水温度持续升高，水箱温度持续升温，导致输入功　率也持续上升。输入功率特性曲线既不是一直保　持稳定状态，也不具有类似冰箱等产品典型的　６２　ＦＬＵＩＤ　ＭＡＣＨＩＮＥＲＹ　Ｖｏ１．４０，Ｎｏ．７，２０１２　“启＿停一启一停”工作周期。这是循环式空气　在稳定状态的时间很短，则该过程只能取到瞬时　源热泵热水机最大负荷工况运行的特点　。ｌ９］。　最大值　，即方法１：因为输入功率在停机前为最　可以用２种思路分析其过程：　大值，以测得测试过程最大输入功率为目的，则取　若认为空气侧温度稳定的前提下热源侧水温　停机往前追溯至未停机时的瞬时最大输入功率为　到达５５±０．６＂Ｃ即建立了稳定状态　ｊ，测量时间　最大负荷工况的输入功率测量值；　和取值方法应该采用通用安全标准ＧＢ　４７０６．１—　如采取措施例如通过加大试验水量来达到延　２００５中的第一种情况：输入功率最终可以建立稳　长稳定时间的目的，则可以取到标准中规定的　定状态的，则取达到稳定状态一段时间内的功率　“稳定状态一段时间内的功率平均值”。即方法　平均值。　２：在试验测量中使用侧试验系统的试验水量取允　但也可认为热源侧水温从２９￣Ｃ上升到５５℃　许的最大值进行，试验水量增大，则水箱温度上升　的过程是仅有一个“启一停”工作周期的过程，测　缓慢，认为热源侧水温达到５４．４　时即进入稳定　量时间和取值方法应该采用通用安全标准ＧＢ　状态，最大输入功率取到达稳定状态内一段时间　４７０６．１＿２０ｏ５中的第二种情况：输入功率在整个　的功率平均值　ｊ。　工作周期内是变化的，则取一个具有代表性期间　取值方法：认为热源侧水温从２９＂Ｃ上升到　内出现的输入功率平均值。　５５℃的过程是仅有一个“启一停”工作周期的过　以上２种思路都仅从一个侧面考虑循环式热　程，同时依据标准ＧＢ／Ｔ　２１３６２－－２００８附录Ｂ．３　泵热水机最大输入功率的测量，结果差别较大，实　得到方法３：最大输入功率取此工作周期的积分　际测试中也存在困难，比如热源侧水温稳定时间　平均值。　短，很难取到“稳定状态一段时间内的功率平均　值”。如何具体实现两种思路，如何比较结果，如　４试验研究　何评判优劣，实际中能否找到一种既能满足标准　又能反映其特点的试验方法，带着这个问题我们　４．１试验数据　进行研究和试验。　以某２２０Ｖ～５０Ｈｚ的循环加热式商用普通型　依据上述两种思路，针对最大输入功率测量　空气源热泵热水机为例进行试验，其最大输入功　时间以及取值方法不同建立３种试验方法。　率铭牌值为１．３７０ｋＷ。　测量时间：ＧＢ　４７０６．１　００５中给出的条件　按照方法１、方法２、方法３得到的测试数据　是达到稳定状态之后开始测量。循环式空气源热　分别如表２—４所示，得到的最大输入功率测量　泵热水机的稳定状态是空气侧温度稳定的前提　值，具体见图２，与铭牌值的比较，如图３所示。　下，热源侧水温稳定在５５±０．６℃温度区间的状　表２方法１的测试及计算结果　态Ｌ３ｊ。在实际测试中，热源侧水温在此温度区间　稳定的时间不长，水温会很快升高或者水温到达　数据名称　测量值　５５￣Ｃ就很快停机，很难取到“稳定状态一段时间　水箱温度（℃）　５５．４　内的功率平均值”。　Ａ相电压（Ｖ）　２２０．６　如在试验测量中使用侧试验系统的试验水量　Ａ相电流（Ａ）　６．５２　Ａ相功率（ｋＷ）　１．４１７　取热水机２ｈ的名义产水量进行，热源侧水温保持　表３方法２的测试及计算结果　数据名称　１　２　３　４　５　６　７　平均值　水箱平均温度（℃）　５４．４６　５４．５７　５４．６４　５５．Ｏ６　５５．１０　５５．２２　５５．３２　５４．９１　Ａ相电压（Ｖ）　２２１．６　２２１．１　２２０．６　２２０．５　２２０．５　２２０．２　２２０．２　２２０．７　Ａ相电流（Ａ）　５．３３　５．５５　５．８３　６．１２　６．３２　６．４４　６．５０　６．Ｏ１　Ａ相功率（ｋＷ）　１．１５８　１．２０５　１．２６６　１．３２８　１．３７１　１．３９２　１．４０８　１．３０４　２０１２年第４０卷第７期　流体机械　６３　表４方法３的测试及计算结果　数据名称　测量值　运行消耗总电功（ｋＷ・ｈ）　８９１．１４　运行时间（ｓ）　３５６５　消耗功率（ｋＷ）　０．９　・６　书｝卜　一＜Ｏ．８　斗＜　略　０．０　图２方法１、方法２、方法３的最大输入　功率测量值　图３方法１、方法２、方法３最大输入功率测量值与　铭牌值的比较　从图可知：（１）方法１、方法２的测试数据比较　接近，方法３与方法１、２的测试数据相差比较大；　（２）方法１的测试数据与铭牌值相差最小，　方法２的测试数据次之，方法３的测试数据与铭　牌值相差最大，达到３４．３１％。　４．２试验结果分析　方法１和方法２的思路相似，所以方法１、方　法２的测试数据比较接近。但事实上由于在测试　过程中采集器取值时间间隔较大，采集数据比较　分散，使得方法２测试数据与铭牌值相差较大。　方法３的思路与方法１、方法２的思路完全不同，　测试过程取值的时间跨度更大，采集数据更加分　散，因此其结果与方法ｌ、方法２的测试数据相差　很大，与铭牌值相差最大。　从不同角度比较３种试验方法：　（１）从供电负荷限制与产品安全使用角度考　虑，方法１的结果更接近实际使用中出现的最大　值。但由于方法１采用的是瞬时值，所以无法排　除单组取值的不可靠性。　（２）从供电负荷限制与产品安全使用角度考　虑，同时保证方法的科学性，方法２的结果更可　捌器瓣嚣＜集　嚼　一　一　莨　梢喾餐　鞋蜷　靠，且与方法１的结果也较接近。　（３）从设备功率在额定电压、正常工作状态　下测量角度考虑，方法３的结果更能反映设备在　整个使用过程中耗电量的状况。　基于考虑供电负荷限制与产品安全使用，同　时兼顾方法的科学性，推荐使用方法２。　５结语　本文以循环加热式热泵热水机为例，通过对　产品运行特性分析，结合相关标准对最大输入功　率的描述，提出３种试验方法，并进行相应试验和　结果分析验证。根据上述研究找到了合适的试验　方法，该方法既考虑了供电负荷的限制与产品的　安全使用，也更为准确可靠。对于近些年来，采用　变频技术、新型制冷剂等新技术的热泵热水机产　品，本文提供的思路和结论同样具有借鉴意义。　参考文献　［１］金听祥，李冠举，郑祖义．Ｒ４１０ａ直流变频与定频热　泵热水器性能对比试验研究［Ｊ］．流体机械，２０１１，　３９（５）：７０－７３．　［２］ＧＢ／Ｔ　１０８７０－－２００１，容积式冷水（热泵）机组性能试　验方法［ｓ］．　［３］　ＧＢ／Ｔ　２１３６２－－２００８，商业或工业用及类似用途的热　泵热水机［Ｓ］．　［４］ＧＢ／Ｔ　１７７５８－－１９９９，单元式空气调节机［ｓ］．　［５］　ＧＢ　４７０６．１—２ｏｏ５，家用和类似用途电器的安全第　１部分：通用要求［ｓ］．　［６］　ＧＢ　４７０６．３２－－２００４，家用和类似用途电器的安全热　泵、空调器和除湿机的特殊要求［Ｓ］．　［７］ＧＢ　４７０６．１２—２ｏｏ６，家用和类似用途电器的安全储　水式热水器的特殊要求［Ｓ］．　［８］　张伟，方敏．使用定频压缩机的空气源热泵热水机　最大负荷工况的研究［Ｊ］．流体机械，２０１０，３８（１０）：　５８－６０．　［９］宋佳营．太阳能热管技术与室内供热［Ｊ］．压力容　器，２０１１，２８（６）：２４－２７．　作者简介：王敏（１９８３一），女，助理工程师，主要从事空调等　制冷设备测试工作，通讯地址：２３００３１安徽合肥市长江西路８８８　号合肥通用机械研究院家电试验室。