引言

空氣源熱泵熱水器作為家用熱水設(shè)備之一，不僅具有顯著的節(jié)能優(yōu)勢(shì)，而且能24h滿足家庭熱水供應(yīng)，近年來市場(chǎng)份額保持穩(wěn)定增長(zhǎng)。熱泵熱水器的能效是該產(chǎn)品的主要性能指標(biāo)，科學(xué)有效的性能測(cè)試方法及能效評(píng)價(jià)方式，不僅能推動(dòng)熱泵熱水器健康有序發(fā)展，更有利于推動(dòng)行業(yè)的不斷進(jìn)步。

我國(guó)家用空氣源熱泵熱水器的性能測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)為《家用和類似用途熱泵熱水器》(GB/T23137—2008),主要考核熱水機(jī)組的COP性能。美國(guó)目前現(xiàn)行的熱泵熱水器性能測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)是2014年發(fā)布的《FederalRegister/Vbl.79,No.133/Friday,July11,2014/RulesandRegulations》,主要考核熱水機(jī)組的UEF能效因子。歐盟現(xiàn)行的測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)為《Heatpumpswithelectricallydrivencompressors-Testing,perfomanceratingandrequirementsformaridngofdomestichotwaterunits》(EN16147—2017),主要考核熱水機(jī)組的熱水加熱能效。

1美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)

美國(guó)國(guó)家能源部于2014年7月11日公布了熱泵熱水器測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)《FederalRegister/Vol.79,No.133/Friday,July11,2014/RulesandRegulations》，該標(biāo)準(zhǔn)適用于釆用電驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)制取生活熱水的空氣-水熱泵機(jī)組的額定性能測(cè)試，規(guī)定了詳細(xì)的測(cè)試要求和輸出報(bào)告的方法。

1.1標(biāo)準(zhǔn)主要考核指標(biāo)

(1)名義額定輸入功率；

(2)第一小時(shí)放水量；

(3)年電能消耗量；

(4)年能源消耗量；

(5)UEF能效因子；

(6)日能源消耗；

(7)水箱待機(jī)熱損失系數(shù)；

(8)加熱效率。

1.2標(biāo)準(zhǔn)性能測(cè)試方法

1.2.1測(cè)試工況

美國(guó)熱泵熱水器測(cè)試工況主要包括環(huán)境(空氣)溫度、進(jìn)水溫度、供水水壓、出水溫度等，具體要求如表1所示。

1.2.2性能測(cè)試

1.2.2.1第一小時(shí)放水測(cè)試

(1)對(duì)于儲(chǔ)水量在20gal及以上的熱水器，放水期間，放水速度為(11.4±0.95)L/min。

(2)對(duì)于儲(chǔ)水量在20gal以下的熱水器，放水期間，放水速度為(3.8土0.95)L/min.

(3)放水期間內(nèi)應(yīng)監(jiān)控進(jìn)水溫度，滿足(14.4±1.1)°C要求。

(4)先強(qiáng)制放水至加熱器啟動(dòng)后停止放水。

(5)第一次放水：當(dāng)水箱達(dá)到平均最大水溫并停機(jī)后開始放水，記錄開始放水的時(shí)間并將其標(biāo)記為0（，.=0,上標(biāo)*用于標(biāo)記與第一小時(shí)額定值測(cè)試相關(guān)的變量），放水開始15s后按5s的時(shí)間間隔記錄出水溫度直到放水結(jié)束。記錄此次放水期間出水的最高溫度尸皿皿，當(dāng)出口水溫下降8.3笆時(shí)終止放熱水。結(jié)束放水后，測(cè)量平均出水溫度、放水的質(zhì)量或容積。

（6）后續(xù)放水測(cè)試的放水條件：1）加熱器不處于工作狀態(tài)；2）有一個(gè)或多個(gè)加熱器同時(shí)加熱的，當(dāng)減少加熱器個(gè)數(shù)時(shí)開始放水；3）對(duì)于不同時(shí)工作的加熱元件，當(dāng)水箱最上方的加熱器停止工作時(shí)開始放水。

（7）其他放水：當(dāng)符合（6）要求時(shí)開始第二次放水及后續(xù)的每一次連續(xù)放水（如果有多次放水過程）。

（8）按下列公式計(jì)算第一小時(shí)放水量：

1.2.2.2模擬24h使用的測(cè)試程序

按照熱水量流量（直熱式）和第一小時(shí)產(chǎn)水量，確定放水模型，標(biāo)準(zhǔn)將熱水器分成了4種使用情況：很少量用水、低用水量、中等用水量、大用水量，每種用水量的區(qū)別如表2所示。

根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)中要求的放水量模型，按照?qǐng)D1所示測(cè)試步驟進(jìn)行性能測(cè)試，進(jìn)而計(jì)算熱水器年耗量、熱水器年能源消耗量、UEF能效因子、修正后的熱水器日能源消耗量、水箱待機(jī)熱損失系數(shù)、加熱效率等。圖1是以中等用水量為例列出的測(cè)試步驟簡(jiǎn)圖。

1.3UEF能效因子計(jì)算

UEF能效因子可用下列公式進(jìn)行計(jì)算。

2歐盟標(biāo)準(zhǔn)

目前歐盟熱泵熱水器的執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)為《Heatpumpswithelectricallydrivencompressors-Testing,performanceratingandrequirementsfbrmarkingofdomestichotwaterunits》（EN16147—2017）,其規(guī)定了熱泵熱水器的相關(guān)測(cè)試要求。同時(shí)，歐盟熱水器ErP生態(tài)設(shè)計(jì)實(shí)施條例規(guī)定了10種規(guī)格的熱水器（3XS、XXS、XS、S、M、L、XL、XXL、3XL、4XL）,規(guī)格在M及以上的熱水器才能滿足淋浴用水需求。EN16147標(biāo)準(zhǔn)根據(jù)生態(tài)指令規(guī)定的熱水器規(guī)格分別制定了不同的放水測(cè)試模型。

2.1標(biāo)準(zhǔn)主要考核指標(biāo)

(1)等效熱水溫度；

(2)制取生活熱水的性能系數(shù)；

(3)單次放水時(shí)的最大熱水量；

(4)放水過程中總的有效能量；

(5)放水過程中總電能輸入；

(6)日電能消耗；

(7)水加熱能效；

(8)年電能消耗；

(9)等效為40°C的熱水體積；

(10)加熱升溫時(shí)間；

(11)加熱升溫輸入的能量；

(12)待機(jī)輸入功率；

(13)額定熱輸出。

2.2性能測(cè)試概述

2.2.1性能測(cè)試工況

歐盟空氣源熱水器的測(cè)試，可按熱源類型進(jìn)行區(qū)分,詳細(xì)測(cè)試工況要求如表3所示。

2.2.2性能測(cè)試方法

2.2.2.1 試驗(yàn)概述

試驗(yàn)包括6個(gè)主要階段。(1)階段A：穩(wěn)定期；(2) 階段B：注水和儲(chǔ)存量測(cè)試；(3)階段C：加熱期測(cè)試； (4)階段D：待機(jī)功率測(cè)試；(5)階段E：放水測(cè)試；(6) 階段F： 40 °C混合水體積和參考熱水溫度。

2.2.2.2詳細(xì)測(cè)試步驟

(1)階段A：穩(wěn)定期。產(chǎn)品保持在標(biāo)準(zhǔn)要求的工況溫度條件下，直到產(chǎn)品的所有部件達(dá)到要求溫度條件的±2K的范圍內(nèi)(儲(chǔ)水熱泵熱水器至少24h)。

(2)階段B：注水和儲(chǔ)存量測(cè)試。首先對(duì)空的熱水器進(jìn)行稱重，然后按照廠家安裝說明書中規(guī)定的進(jìn)水壓力將水箱沖滿冷水，對(duì)充滿水的熱水器水箱進(jìn)行稱重，包括進(jìn)水口和/或出水口管上的水龍頭。

兩次稱重(力舊)之間的差異用升標(biāo)示，并根據(jù)下列公式進(jìn)行修正，計(jì)算水箱容積。

(3)階段C：加熱期測(cè)試。熱水器水箱應(yīng)充滿冷水。冷水應(yīng)在水箱中加熱，直到出水溫度等于55°C。該測(cè)試包括確定將水箱中初始狀態(tài)的水加熱至第一次通過水箱內(nèi)恒溫器的溫控器來關(guān)閉壓縮機(jī)的時(shí)間4。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)中的公式計(jì)算電能消耗。

(4)階段D：待機(jī)功率計(jì)算。待機(jī)功率輸入是指機(jī)組在待機(jī)狀態(tài)下，克服水箱熱損失及機(jī)組其他輔助裝置消耗的電能。本標(biāo)準(zhǔn)通過測(cè)試機(jī)組“停-開”周期(循環(huán))間電能消耗來計(jì)算待機(jī)功率。具體操作為：在沒有熱水排放的情況下機(jī)組自主運(yùn)行多個(gè)完整的“停-開”循環(huán)，試驗(yàn)時(shí)間至少48h或者已經(jīng)完成了6個(gè)“停-開”循環(huán)周期，取其時(shí)間短者。然后使用最后一次“停-開”循環(huán)電能消耗來計(jì)算待機(jī)功率消耗。

(5)階段E：放水測(cè)試。

1)有效熱量的計(jì)算。由制造商根據(jù)水箱容量選擇放水循環(huán)模式，放水循環(huán)模式中的每一次放水過程，均應(yīng)完成。當(dāng)位于水箱內(nèi)的熱水溫控器最后一次關(guān)閉熱泵時(shí)立即開始循環(huán)測(cè)試。當(dāng)放水循環(huán)時(shí)間在24h以上時(shí)，最后一次熱泵關(guān)閉后結(jié)束循環(huán)測(cè)試(見圖2)o從測(cè)試計(jì)時(shí)開始在達(dá)到24h內(nèi)，熱泵若沒有運(yùn)轉(zhuǎn)，循環(huán)測(cè)試應(yīng)延長(zhǎng)至熱泵啟動(dòng)至加熱完成(見圖3)。

根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)要求，計(jì)算一次放水期間的熱泵有效熱量QHP-Tap°

2）確定電能消耗。

在放水循環(huán)frrc測(cè)量周期內(nèi)設(shè)備測(cè)量的總的電能消耗Wel-m-lp通過下述電能消耗公式來修正，并獲得熱水器總的電能消耗％L-LP。

3）計(jì)算性能系數(shù)COPww。

用下列公式計(jì)算整個(gè)放水循環(huán)過程中的性能系數(shù)。

式中COPDHW—性能系數(shù)；

QLp—整個(gè)放水循環(huán)過程中所包含的全部有用的能量，kWh；

WEL-LP—整個(gè)放水循環(huán)過程中總的能量消耗，kWho

（6）階段F：等效熱水溫度和最大可用熱水量。

在之前的放水循環(huán)測(cè)試周期結(jié)束且機(jī)組壓縮機(jī)關(guān)閉后，開始最大放水量測(cè)試。當(dāng)放水循環(huán)測(cè)試周期結(jié)束，機(jī)組停止運(yùn)行后開始連續(xù)放出熱水直至熱水溫度知（Q低于40°C.熱水流量設(shè)置為（10±0.5）L/mino

通過測(cè)量出水溫度確定水箱內(nèi)部熱水溫度的參考值，利用此次放水的平均溫度按標(biāo)準(zhǔn)公式計(jì)算參考熱水溫度。細(xì)。

最大可用熱水量，可以通過一次獨(dú)立放水確定。計(jì)算放水期間的熱水流量我wh和進(jìn)口冷水溫度，wc、出口熱水溫度0WH，最大熱水量七0按下式計(jì)算：

3結(jié)語(yǔ)

歐盟和美國(guó)最新標(biāo)準(zhǔn)能效評(píng)價(jià)的思路非常接近，都是以24h模擬用戶的熱水使用情況進(jìn)行放水測(cè)試，測(cè)試方法適用于所有熱源的熱水器。對(duì)于熱泵熱水器，美國(guó)沒有對(duì)熱源進(jìn)行區(qū)分，歐盟分別規(guī)定：室外空氣、室內(nèi)空氣、廢氣、排氣、水源等熱源的測(cè)試工況。對(duì)于釆用室外空氣的熱泵熱水器，歐盟和美國(guó)沒有考慮全年制熱水時(shí)環(huán)境溫度對(duì)制熱能效的影響因素。