錢(qián)雪峰，樊海彬，倪健，何亞峰，賈甲

（合肥通用機(jī)械研究院，安徽合肥 230088）

游泳池?zé)岜脽崴畽C(jī)新標(biāo)準(zhǔn)對(duì)空氣源熱泵熱水機(jī)組測(cè)試評(píng)價(jià)系統(tǒng)的改造要求解析

錢(qián)雪峰*，樊海彬，倪健，何亞峰，賈甲

（合肥通用機(jī)械研究院，安徽合肥 230088）

新標(biāo)準(zhǔn)JB/T 11969-2014《游泳池用空氣源熱泵熱水機(jī)》是在GB/T 21362-2008《商業(yè)或工業(yè)用及類(lèi)似用途的熱泵熱水機(jī)》的基礎(chǔ)上進(jìn)行修訂的，而測(cè)試工況更貼近游泳池用空氣源熱泵熱水機(jī)的實(shí)際使用環(huán)境。本文對(duì)比了兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)測(cè)試要求的差異，分析了為滿足新標(biāo)準(zhǔn)要求需要對(duì)依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)GB/T 21362-2008建造的空氣源熱泵熱水機(jī)組測(cè)試評(píng)價(jià)系統(tǒng)進(jìn)行改造的要點(diǎn)，并對(duì)測(cè)試設(shè)備改造內(nèi)容進(jìn)行了詳細(xì)的論述。

空氣源熱泵熱水機(jī)；測(cè)試評(píng)價(jià)系統(tǒng)；改造

0　引言

近年來(lái)熱泵熱水機(jī)組因其明顯的安全性、節(jié)能性，受到了廣大消費(fèi)者的關(guān)注，顯示出巨大的市場(chǎng)潛力。但由于提供給游泳池的熱水溫度與一般熱泵熱水機(jī)供給生活熱水或采暖熱水的溫度差異比較大，機(jī)組運(yùn)行工況有其自身的特點(diǎn)，標(biāo)準(zhǔn)JB/T 11969-2014《游泳池用空氣源熱泵熱水機(jī)》對(duì)此類(lèi)熱泵熱水機(jī)的設(shè)計(jì)、生產(chǎn)和檢測(cè)等方面做出了規(guī)范，有利于行業(yè)內(nèi)此類(lèi)產(chǎn)品的良性發(fā)展[1-4]。

由于游泳池用空氣源熱泵熱水機(jī)的試驗(yàn)方法參考了GB/T 21362-2008《商業(yè)或工業(yè)用及類(lèi)似用途的熱泵熱水機(jī)》中相關(guān)的試驗(yàn)方法，其試驗(yàn)項(xiàng)目及試驗(yàn)要求等也引用GB/T 21362-2008中條文6的相關(guān)規(guī)定。但新標(biāo)準(zhǔn)JB/T 11969-2014《游泳池用空氣源熱泵熱水機(jī)》中的測(cè)試工況更貼近泳池用空氣源熱泵熱水機(jī)的實(shí)際使用環(huán)境，與GB/T 21362-2008《商業(yè)或工業(yè)用及類(lèi)似用途的熱泵熱水機(jī)》中的工況有較大差別，對(duì)依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)GB/T 21362-2008建造的空氣源熱泵熱水機(jī)組測(cè)試評(píng)價(jià)系統(tǒng)進(jìn)行必要的改造，以滿足游泳池用空氣源熱泵熱水機(jī)的測(cè)試需求，是較為經(jīng)濟(jì)和簡(jiǎn)便的途徑[5-7]。

本文詳細(xì)地論述了新標(biāo)準(zhǔn)JB/T 11969-2014《游泳池用空氣源熱泵熱水機(jī)》與GB/T 21362-2008《商業(yè)或工業(yè)用及類(lèi)似用途的熱泵熱水機(jī)》之間的區(qū)別，并闡述了就此區(qū)別需要對(duì)原有空氣源熱泵熱水機(jī)組評(píng)價(jià)系統(tǒng)進(jìn)行的改造內(nèi)容，以實(shí)現(xiàn)改造后的評(píng)價(jià)系統(tǒng)滿足游泳池用空氣源熱泵熱水機(jī)的測(cè)試需求。

1　空氣源熱泵熱水機(jī)組評(píng)價(jià)系統(tǒng)

以制熱量范圍為20 kW～120 kW的空氣源熱泵熱水機(jī)組測(cè)試評(píng)價(jià)系統(tǒng)為例，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)GB/T 21362-2008《商業(yè)或工業(yè)用及類(lèi)似用途的熱泵熱水機(jī)》要求的測(cè)試項(xiàng)目，參考標(biāo)準(zhǔn)GB/T 10870-2014《容積式和離心式冷水（熱泵）機(jī)組性能試驗(yàn)方法》，搭建的測(cè)試評(píng)價(jià)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(shè)備。

圖1　空氣源熱泵熱水機(jī)組測(cè)試評(píng)價(jià)系統(tǒng)原理圖

1）水泵1和水泵2：用來(lái)調(diào)節(jié)被測(cè)樣機(jī)測(cè)試所需水流量；水泵3和水泵4：用來(lái)提供輔助設(shè)備所需水流量。

2）冷水機(jī)組：用來(lái)為恒溫水箱降溫。

3）恒溫水箱：用來(lái)為測(cè)試提供穩(wěn)定溫度的水源。

4）標(biāo)準(zhǔn)水箱：用來(lái)進(jìn)行循環(huán)加熱式的熱水機(jī)的測(cè)試。

5）空氣處理機(jī)組：用來(lái)維持測(cè)試間內(nèi)空氣狀態(tài)達(dá)到測(cè)試所需工況。

6）溫濕度取樣器：用來(lái)測(cè)量測(cè)試間內(nèi)的空氣干球和濕球溫度。

7）調(diào)節(jié)閥：用來(lái)調(diào)節(jié)被測(cè)機(jī)組進(jìn)水溫度。

8）測(cè)量用鉑電阻：用來(lái)測(cè)量被測(cè)機(jī)組進(jìn)水和出水溫度。

9）流量計(jì)：用來(lái)測(cè)量測(cè)試系統(tǒng)的水流量。

空氣處理系統(tǒng)由測(cè)試間、空氣處理機(jī)組、溫濕度取樣器組成。由試驗(yàn)人員設(shè)定運(yùn)行工況，干球溫度通過(guò)空氣處理機(jī)組配置的電加熱管調(diào)節(jié)平衡所配壓縮冷凝機(jī)組制冷量來(lái)控制；濕球溫度通過(guò)加濕箱配置的電加熱管調(diào)節(jié)來(lái)控制。

水循環(huán)系統(tǒng)由水箱、水泵、系統(tǒng)管路和調(diào)節(jié)閥組成。由試驗(yàn)人員設(shè)定運(yùn)行工況，進(jìn)水溫度通過(guò)調(diào)節(jié)閥1控制恒溫水箱和樣機(jī)回水的兌水比例控制；出水溫度通過(guò)變頻器調(diào)節(jié)水泵1，控制循環(huán)水量來(lái)控制；恒溫水箱配置可調(diào)的電加熱，用來(lái)精確控制水箱溫度[9]。

2　JB/T11969-2014與GB/T21362-2008測(cè)試要求的區(qū)別

游泳池用空氣源熱泵熱水機(jī)標(biāo)準(zhǔn)是在GB/T 21362-2008的基礎(chǔ)上，針對(duì)泳池?zé)岜脽崴畽C(jī)特點(diǎn)而制定的。該標(biāo)準(zhǔn)與GB/T 21362-2008的主要不同之處在于以下兩點(diǎn)。

1）試驗(yàn)工況的差異

JB/T 11969-2014標(biāo)準(zhǔn)在GB/T 21362-2008型式分類(lèi)（具體工況見(jiàn)表1）的基礎(chǔ)上[10]，在各工況中增加了大溫差和小溫差的測(cè)試內(nèi)容，分別規(guī)定了不同的進(jìn)水和出水溫度以及干球和濕球溫度（具體工況見(jiàn)表2）[11]，以更好地適應(yīng)泳池用空氣源熱泵的實(shí)際使用環(huán)境。

由表1和表2可以看出，兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)在使用側(cè)進(jìn)水和出水溫度的規(guī)定上有較大的區(qū)別。表1中使用側(cè)進(jìn)水溫度最高為29℃，出水溫度最高均為55℃；而表2中進(jìn)水溫度最高為26℃，出水溫度最高均為30℃。表1中使用側(cè)最大進(jìn)出水溫差（如低溫型名義工況）為46℃，而表2中使用側(cè)最大進(jìn)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(lái)的空氣源熱泵熱水機(jī)組測(cè)試評(píng)價(jià)系統(tǒng)水系統(tǒng)需要改造。

2）名義工況下性能系數(shù)（COP）限值的差異

表1　空氣源熱泵熱水機(jī)的試驗(yàn)工況（單位：℃）

表2　泳池?zé)岜玫脑囼?yàn)工況（單位：℃）

GB/T 21362《商業(yè)或工業(yè)用及類(lèi)似用途的熱泵熱水機(jī)》規(guī)定的熱水機(jī)熱泵名義工況時(shí)的性能系數(shù)（COP）限值如表3所示。

表3　熱水機(jī)名義工況時(shí)的性能系數(shù)COP（單位：W/W）

由于泳池?zé)岜妹x工況熱源側(cè)和使用側(cè)與GB/T 21362中定義的名義工況均存在差異，根據(jù)多家制造商測(cè)試數(shù)據(jù)綜合考慮，初步確定游泳池用空氣源熱泵熱水機(jī)名義工況時(shí)性能系數(shù)：普通型不低于4.3，低溫型不低于3.6。

3　測(cè)試評(píng)價(jià)系統(tǒng)的改造

基于JB/T 11969-2014《游泳池用空氣源熱泵熱水機(jī)》與GB/T 21362-2008《商業(yè)或工業(yè)用及類(lèi)似用途的熱泵熱水機(jī)》測(cè)試要求的區(qū)別，對(duì)空氣源熱泵熱水機(jī)組測(cè)試評(píng)價(jià)系統(tǒng)需要進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整改造，達(dá)到游泳池用空氣源熱泵熱水機(jī)的全工況的測(cè)試要求[12-14]，改造后的測(cè)試評(píng)價(jià)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(fēng)機(jī)、蒸發(fā)盤(pán)管、電加熱和電加濕，對(duì)環(huán)境間進(jìn)行降溫、除濕或者加熱和加濕處理，以保證達(dá)到測(cè)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(jī)測(cè)試評(píng)價(jià)系統(tǒng)原理圖

為達(dá)到游泳池用空氣源熱泵熱水機(jī)的全工況測(cè)試，對(duì)評(píng)價(jià)系統(tǒng)提出了新的要求。

3.1.1高濕度的連續(xù)運(yùn)行

例如融霜工況，空氣側(cè)干球溫度/濕球溫度為2℃/1℃，其相對(duì)濕度為83%。游泳池?zé)岜脽崴畽C(jī)組在如此低溫高濕環(huán)境中連續(xù)運(yùn)行12 h、24 h，或更長(zhǎng)時(shí)間，空氣處理系統(tǒng)中蒸發(fā)盤(pán)管難免會(huì)結(jié)霜。隨著時(shí)間的推移，空氣處理機(jī)組的循環(huán)風(fēng)量會(huì)越來(lái)越少，游泳池用空氣源熱泵熱水機(jī)自身的結(jié)霜面積和厚度也會(huì)越來(lái)越大，進(jìn)而無(wú)法模擬樣機(jī)在真正的高濕度環(huán)境中的連續(xù)運(yùn)行。

高濕度連續(xù)運(yùn)行的解決方法及相關(guān)問(wèn)題如下：

1）設(shè)計(jì)時(shí)考慮壓縮冷凝機(jī)組能力組合的平衡性。如一套空氣處理系統(tǒng)配置了3臺(tái)壓縮冷凝機(jī)組，在設(shè)計(jì)時(shí)保證其中2臺(tái)的制冷量之和等于第3臺(tái)的制冷量，這樣在長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行后切換壓縮冷凝機(jī)組時(shí)工況偏差就不會(huì)超出標(biāo)準(zhǔn)的要求；

2）設(shè)計(jì)時(shí)考慮將電加熱與蒸發(fā)盤(pán)管的距離加大，增加隔離措施；蒸發(fā)盤(pán)管采用水平布置 (現(xiàn)有的大部分是采用豎直布置)，使凝露水更快、更及時(shí)地排除，以減少結(jié)霜；同時(shí)對(duì)空氣處理器的內(nèi)面板加強(qiáng)保溫措施確保在高濕度的工況下運(yùn)行時(shí)測(cè)試評(píng)價(jià)系統(tǒng)內(nèi)部的電器不出現(xiàn)漏電、短路現(xiàn)象；

3）空氣處理機(jī)排水管要采用較大管徑，在高濕度試驗(yàn)結(jié)束的升溫過(guò)程中，蒸發(fā)盤(pán)管化霜水需及時(shí)排除。

3.1.2低濕度的連續(xù)運(yùn)行

例如最大負(fù)荷工況，空氣側(cè)干球溫度/濕球溫度為為43℃/26℃，相對(duì)濕度為26%。游泳池?zé)岜脽崴畽C(jī)組的吸熱側(cè)也對(duì)濕球溫度的要求較為嚴(yán)格。當(dāng)測(cè)試間的濕球溫度高于設(shè)定溫度時(shí)，解決方法及相關(guān)問(wèn)題如下：

1）使用加開(kāi)制冷機(jī)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(yīng)地投入更多熱量來(lái)保持房間溫度的平衡，測(cè)試評(píng)價(jià)系統(tǒng)壓縮冷凝機(jī)組的制冷量需要一個(gè)科學(xué)的配比，以保證在投入較少制冷量的情況下，測(cè)試間的干球溫度和濕球溫度能達(dá)到穩(wěn)定；

2）打開(kāi)旁通風(fēng)閥或變頻調(diào)節(jié)循環(huán)風(fēng)機(jī)風(fēng)量，都是通過(guò)減少流經(jīng)蒸發(fā)盤(pán)管的風(fēng)量，實(shí)現(xiàn)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(gè)標(biāo)準(zhǔn)在使用側(cè)進(jìn)出水溫差的規(guī)定上有較大的區(qū)別，見(jiàn)表4。

由表4可知，由于表2中無(wú)論是使用側(cè)最大進(jìn)出水溫差還是最小進(jìn)出水溫差均比表1中的規(guī)定小，導(dǎo)致游泳池?zé)岜脽崴畽C(jī)評(píng)價(jià)系統(tǒng)的水流量范圍與同等制熱量的空氣源熱泵熱水機(jī)組評(píng)價(jià)系統(tǒng)有很大區(qū)別。

表4　表1與表2工況中使用側(cè)進(jìn)出水溫差對(duì)比

現(xiàn)以制熱量范圍為20 kW ～120 kW的評(píng)價(jià)系統(tǒng)為例，根據(jù)式1可計(jì)算得出水流量范圍[15]。

式中：

Qh——主要試驗(yàn)測(cè)量的機(jī)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(cè)冷（熱）水體積流量，m3/s；

t1——使用側(cè)冷（熱）水進(jìn)口溫度，℃；

t2——使用側(cè)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(cè)的修正項(xiàng)，W。對(duì)于使用側(cè)換熱器水側(cè)進(jìn)行隔熱時(shí)，式(1)中的Qc,h可忽略不計(jì)。

由式1可得出，游泳池?zé)岜脽崴畽C(jī)測(cè)試評(píng)價(jià)系統(tǒng)的水流量范圍(0.81～51.60) m3/s；空氣源熱泵熱水機(jī)組測(cè)試評(píng)價(jià)系統(tǒng)的水流量范圍(0.37～3.96) m3/s。由此可見(jiàn)，同等制熱量的評(píng)價(jià)系統(tǒng)中，泳池?zé)岜脽崴畽C(jī)評(píng)價(jià)系統(tǒng)的水流量范圍比空氣源熱泵熱水機(jī)組評(píng)價(jià)系統(tǒng)的水流量范圍要寬泛許多，導(dǎo)致圖2中水系統(tǒng)的水泵2、流量1和調(diào)節(jié)閥1都要比圖1中有較大的調(diào)整；為保證流量計(jì)的精度要求，流量計(jì)的最小流速要大于0.3 m/s，同時(shí)流量計(jì)測(cè)量范圍跨度最好控制在10倍以內(nèi)，因此在游泳池?zé)岜脽崴畽C(jī)測(cè)試評(píng)價(jià)系統(tǒng)的水流量范圍(0.81～51.60) m3/s，必須將流量計(jì)1變成2臺(tái)流量計(jì)，1臺(tái)流量計(jì)測(cè)量范圍為(0.8～8.0) m3/s，另1臺(tái)流量計(jì)測(cè)量范圍為(8.0～51.60) m3/s，以滿足流量測(cè)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(lián)切換使用，以保證溫度和流量的控制精度滿足國(guó)標(biāo)要求如圖3。

圖3　調(diào)整后游泳池用空氣源熱泵熱水機(jī)測(cè)試評(píng)價(jià)系統(tǒng)原理圖

4　結(jié)論

本文就新標(biāo)準(zhǔn)JB/T 11969-2014《游泳池用空氣源熱泵熱水機(jī)》與GB/T 21362-2008《商業(yè)或工業(yè)用及類(lèi)似用途的熱泵熱水機(jī)》中的差異，對(duì)原來(lái)依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)GB/T 21362-2008《商業(yè)或工業(yè)用及類(lèi)似用途的熱泵熱水機(jī)》建造的空氣源熱泵熱水機(jī)組試驗(yàn)裝置提出改造思路，并對(duì)試驗(yàn)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(yàn)裝置完全滿足游泳池用空氣源熱泵熱水機(jī)的性能測(cè)試要求，是一個(gè)設(shè)計(jì)合理、測(cè)試準(zhǔn)確、穩(wěn)定和可靠的測(cè)試平臺(tái)，可以為該類(lèi)產(chǎn)品的研究開(kāi)發(fā)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

*錢(qián)雪峰（1982-），男，學(xué)士，高級(jí)工程師。研究方向：空調(diào)產(chǎn)品的評(píng)價(jià)系統(tǒng)。聯(lián)系地址：合肥市高新區(qū)天湖路29號(hào)，合肥通用機(jī)械研究院513室，郵編：230088。聯(lián)系電話：0551-65335974。E-mail：qianxuefeng_0@163.com。