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《低环境温度空气源热泵(冷水)机组第2部分:户用及类似用途的热泵(冷水)机组》标准修订建议及说明

发表日期:2019/2/13 10:53:26 来源:《制冷与空调》 评论 总点击量:

GB/T 25127.2—2010在中华人民共和国国家标准批准发布公告2010年第6号(总第161号)文件中公告,于2010年9月26日首次发布,并于2011年2月1日正式实施。该标准的实施,为企业的产品开发、性能检测提供统一的测试条件和能效目标,推进了热泵产品在我国北方寒冷地区的推广使用,促进了行业健康规范地发展,缩小了与国际先进水平的差距。随着北方地区“煤改电”政策的大力推广,以及低温空气源热泵机组在北方地区大面积使用,标准中的内容经历了多次的试验验证,发现某些条款以及评价方式存在修订的必要。故业内人士期望GB/T 25127.2—2010尽快作出修订,并通过修订相关内容引领行业发展,保持该标准的适宜性和先进性。该文从以下几个方面对GB/T 25127.2—2010标准中的某些条款进行修订并作出说明。

1  户用与商用的划分范围

GB/T 25127.2—2010第一章规定了本标准的适用范围,即“本部分适用于制冷量不大于50 kW,以空气为热(冷)源的热泵(冷水)机组,并能在不低于-20 ℃的环境温度里制取热水的机组,其他同类机组可参照执行。”对于冷暖型机组,用制冷量来划分没有问题;而对于单热型机组,该标准此部分的范围描述略有不妥。因为目前市场上,单热型低温空气源热泵机组占的比例在85%以上,企业和检测机构在使用该标准的时候,无法通过标称的制热量来判断单热型机组是否适用于该标准。通过对多家企业产品的调研,户用和商用的划分范围以制热量35 kW为界限相对比较合理。

2  根据机组匹配的末端增加机组型式并修订相应的测试工况

GB/T 25127.2—2010第四章规定了机组的型式和基本参数,其中,机组型式分别从机组的结构、功能和使用电源类型划分。随着北方地区 “煤改电”政策的实施,低温空气源热泵机组得到了大面积推广使用。通过对消费者使用现场的统计发现,匹配低温热泵机组使用的末端采暖方式可以归结为3类:地板辐射、风机盘管、散热器,这3类采暖方式都有各自的特点,尤其是达到相同的采暖效果,需要的进水温度差别很大,进水温度的差距会导致机组性能发生变化,因此机组的型式还需要增加按使用采暖末端方式划分。

地板辐射式采暖是利用整个加热地面为散热面,通过地板辐射层中的热媒,均匀加热整个地面,利用地面自身的蓄热和热量向上辐射的规律由下至上进行传导,来达到取暖的目的。该采暖具有地面温度高、空气垂直温湿度梯度差小、无风感、噪声低、人体热感舒适度高,且需要的进水温度低、节能环保的优点。风机盘管式,是利用强制送风的方式将盘管里面的冷热量吹到环境中与空气发生换热。该采暖方式可以兼顾夏天制冷,冬天供热,节省加装成本。散热器式,是通过自然对流的方式加热室内空气,来达到供热的一种采暖方式,需要的进水温度最高。

GB/T 25127.2—2010中的制热名义工况条件只有出口水温为41 ℃,一种水温,显然已经不能满足实际应用中的的需求,需要根据采暖末端需求的进水温度给出对应的工况点。

通过对北方地区不同采暖方式的实验数据进行数据统计分析,3种末端方式对应的名义工况点修订如表1所示。

表1中的湿球温度比GB/T 25127.2—2 010中规定的湿球温度升高了0.5 ℃,主要是考虑目前实验室在相对湿度比较高的季节,运行干/湿球温度(-12 ℃/-14 ℃)的工况条件很难实现且耗费时间太长,经过反复试验验证,将湿球温度提高至-13.5 ℃,便于实现标准的可操作性。

3  制热工况下机组测试的温湿度允差

GB/T 25127.2—2010标准中名义制热和制热部分负荷工况下机组测试允许的温湿度偏差过大。这种情况下,一方面,在测试过程中给测试人员带来了比较大的随意性;另一方面,如果测试的温湿度偏差处在标准规定的极限偏差时,测试的制热量、输入功率值偏差将超出CNAS-GL02:2014中的要求。根据《低温名义工况湿球温度偏差对低温空气源热泵(冷水)机组制热量测试结果一致性的影响》中得出的建议以及目前建造的实验室在低温状态下的温湿度调节的水平,相关允差修订建议如表2。

4  低温状态下机组的性能和-25 ℃条件下机组启动

目前,低温空气源热泵机组的使用地区主要分布在山东、山西、河北、内蒙古以及天津和北京等寒冷的北方地区。在这些地区冬季气温低于现版标准中-12 ℃的环境要求,达到-20 ℃的情况是经常发生的,因此,机组在-20 ℃环境下的运行状态及制热的性能衰减情况对于消费者至关重要。修订标准建议在-20 ℃的低温工况条件下,制热量的衰减不低于名义制热量的80%,制热能效比不低于1.7。

“煤改电”政策在这些地区的推行,使得低温空气源热泵机组在北方分户式供暖的市场占有率达到了空前的高度。在一些山区地带,气温偶尔会接近-25 ℃乃至低于-25 ℃,很多企业生产的低温热泵机组没有考虑极寒天气条件热泵的运行情况,以至于在寒冷的冬季出现机组“趴窝”的现象。因此,应在标准中增加-25 ℃条件下,机组运行状态的相关要求,例如机组应能在规定工况下且无辅助电加热的情况下连续、稳定工作1小时以上。

5  能效评价体系比较

对于低温空气源热泵(冷水)机组使用IPLV还是APF进行评价,比较如下:

1)低温空气源热泵的目前的能效评价体系采用的是IPLV,而服务于相同功能建筑的多联机、风管机和单元机等目前采用的是APF的评价体系,两套不同的评价体系没有可比性,不利于设计人员和消费者清晰的了解哪种系统更适合某个工程。

2)IPLV计算公式中的a、b、c、d划分界限不明确,而APF中外界环境温度是按照1 ℃的温频进行负荷计算和开机发生小时数进行统计,更为准确精细(图1)。


3)低温空气源热泵机组的性能受室外工况的影响更为显著。对于使用风冷冷凝器的机组来说,无论是制冷还是制热,室外工况对机组的性能影响更大。利用机组运行时间和室外气象参数可以更清晰的获得机组运行的室外温度发生时间。而对于使用水冷冷凝器的机组,其性能主要取决于冷却塔的出水温度,冷却塔的出水温度取决于冷却塔性能和环境的湿球温度。

4)空气源热泵采用APF评价指标已成为国际共识,比如房间空调器、多联机、单元机等国际上普遍采用APF评价体系。

6  低温空气源热泵(冷水)机组季节性能系数(APF)的建立方法

低温空气源热泵(冷水)机组APF建立的基本思想是机组在整个制冷或者制热季节向室内送入的总冷量或者总热量与消耗总电量之比。主要步骤如下:

1)按照需要根据制冷(热)量确定制冷(热)工况下房间热负荷随室外温度的变化情况,即部分负荷下机组的制冷(热)量,如下图2、图3。


2)在测试工况点A、B、C、D、E下通过调整压缩机的运行频率(或启停控制),使机组的制冷(热)量为名义制冷(热)量乘以部分负载率乘以(100±10)%,测定机组的制冷(热)量和制冷(热)消耗功率。

3)确定工况条件及各温度发生时间

制冷(热)季节性能系数的试验工况条件见表3、表4。

 

低环境温度空气源热泵(冷水)机组制热季节性能系数计算以北京作为典型城市,其他主要城市的制热季节发生时间作为相应城市的参考,详见表5。

低环境温度空气源热泵(冷水)机组制冷季节性能系数计算以南京市作为典型城市,其他主要城市的制冷季节各温度发生时间作为相应城市的参考,详见表6。

4)确定各工作温度下性能系数的计算

各工作温度制热性能系数的计算公式如下:

各工作温度制冷性能系数的计算公式如下:

7  增加低环境温度空气源热泵(冷水)机组制热性能试验要求

低环境温度空气源热泵(冷水)机组在一些工况条件下制热,极易结霜,结霜导致机组性能衰减或者触发机组进行除霜。当机组霜层越结越厚或者触发机组融霜时,机组所在的环境工况及机组的性能指标会处于非稳定的状态,因此,需要细化机组制热性能试验的要求。要求包括:

1)明确试验过程应该包括预处理阶段、平衡阶段和数据采集阶段。预处理阶段需要在平衡阶段之前发生一次除霜(自动除霜或者手动除霜);预处理阶段结束后进入平衡阶段,该阶段的持续时间应该不少于1 h;平衡阶段结束后立即进入数据采集阶段,该阶段应采用一个积分式的电功率计或试验系统测量热泵机组的耗电量,并且在数据采集阶段的前35 min内计算机组使用侧进、出水的平均温差变化率。

2)根据数据采集阶段计算得出的平均温度变化率,判断此次制热试验是稳态还是非稳态试验。规定若在数据采集阶段的前35 min内进、出水的平均温差变化率超过2.5%或者机组进入除霜循环,则判定此次制热试验为一个非稳态试验。

3)非稳态试验的数据采集阶段应该延长至3 h(或热泵机组完成3个除霜循环,取其短者)。如果在3 h内,机组进行了一个除霜循环,必须等循环完成后方可结束数据采集。一个完整的循环应该包括一个制热过程和一个除霜过程(从一个除霜结束到另一个除霜结束)。对于在数据采集期间,如果包含一个或多个完整循环,机组平均制热量应由积分的制热量和数据采集期间所包含的所有时间来确定,平均输入电功率应由积分的输入功率和数据采集期间与测量制热量相同的时间来确定。对于在数据采集期间,没有发生完整循环的,机组平均制热量应由积分的制热量和数据采集期间的发生时间来确定,平均输入电功率应由积分的输入功率和数据采集期间与测量制热量相同的时间来确定。除霜期间制热性能试验的过程示例参照GB/T 10870—2014附录A。

8  不确定度的评定

《测量不确定度表示指南》(GUM),给出的测量不确定度的定义是与测量结果相关联的一个参数,用以表征合理地赋予被测量之值的分散性。由此可见,测量不确定度表征的是测量的分散性,表示被测量之值可能分布的范围或区间,用标准差或是标准偏差的倍数表示。测量不确定度恒为正值,可定量表达测量结果的质量;测量结果的可用性取决于测量不确定度的大小,测量不确定度越小,测量结果质量水平越高,使用价值也越高。测量不确定度的评定是对显著效应的影响进行修正,并且测量处于统计控制状态的前提下进行的。目前,企业实验室对于不确定度的概念以及如何评定理解得不是很透彻。标准中引入不确定度的评定示例,一方面可以提高企业实验室对不确定度评定的水平,另一方面,让使用新标准测量出的测量结果的表达更科学合理。

9  结束语

基于上述内容,对GB/T 25127.2—2010标准进行以下修订建议。

1)标准中户用与商用的范围划分应该以制热量来划分会更加全面更加合理。

2)根据目前低温空气源热泵机组的末端匹配情况,根据匹配的末端增加机组型式,标准中也应相应的增加制热测试工况和相应的限定值。

3)根据目前建造的台位温湿度调节水平和温湿度偏差对制热量和制热消耗功率的影响,减小温湿度的工况允差将更有利于提高测量结果的准确性。

4)增加-20 ℃性能考核要求;增加-25 ℃机组启动考核要求。

5)APF作为低温空气源热泵机组的能效评价体系。

6)增加制热试验性能要求。

7)建议采用APF的评价体系来考核机组的性能。


本文选自《制冷与空调》2018年11月刊1-6页,作者:谢宝刚  马金平  谢鸿玺  于晓琳  陈璞;未经许可,不得转载



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