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1、引言
熱泵熱水器由于與其他傳統熱水器比較，能效水平較高，是近年來響應國家節能減排政策主推的生活熱水產品。據《2019年中國制冷空調產業發展白皮書》[1]顯示，2019年全年熱泵熱水器內銷量為95.8萬臺，是熱水器市場四大細分品類（電熱水器、燃氣熱水器、太陽能熱水器和熱泵熱水器）中唯一增長的產品。近年來，國家出臺相關綠色節能政策，推動制冷行業高質量發展。2019年，國家發展改革委聯合工信部和財政部等六部委聯合發布《綠色高效制冷行動方案》，方案要求大幅提高制冷產品能效標準水平，強制淘汰低效制冷產品，主要制冷產品能效限值達到或者超過發達國家準入要求，一級能效達到國際領先水平。其中要求到2022年，熱泵熱水器產品能效提升20%。
2008年12月，GB/T 23137標準首次發布時，由于該類型產品在國內剛剛起步，標準研究的技術條件和市場環境還不成熟。而隨著該類產品進入到CCC強制認證產品目錄，相關的國家強制能效標準于2013年公布，原有的產品標準已經不能體現現階段的國內行業水平，特別是能效水平，原有的“單點法”測試已經與現階段行業流行的全年綜合能源消耗效率評價不相匹配。綜合以上內容，使得GB/T 23137標準的修訂迫在眉睫。2020年4月28日GB/T 23137-2020正式發布，該標準將于2021年11月1日正式實施，新標準從術語和定義、產品分類、技術要求[2]、試驗方法[3]、檢驗規則、標志[4]等方面進行了修訂，主要對于熱泵制熱量、熱水儲存性能、噪聲等產品主要性能指標的試驗方法進行了完善。
2、重點內容解讀
2.1 術語和定義
新版標準在術語和定義部分做了很大的調整，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）三個概念。在原名義工況的基礎上，增加高溫、最小運行、自動除霜、低溫運行工況測試，計算全年能源消耗效率，代替原單工況點的COP計算，使能效評價更貼近實際使用情況。
2.2 產品分類
隨著能效要求的不斷提升，變頻技術，如高效變頻壓縮機、直流調速風機等也廣泛運用于熱泵熱水器產品上。因此，在新版標準修訂時，產品分類中增加了按壓縮機控制方式分類，分為轉速一定型和轉速可控型。
2.3 技術要求
新版標準從器具的結構、耐候性、氣密和承壓要求、性能、噪聲、包裝和運輸等方面給出了熱泵熱水器的相關要求。針對新版標準，重點變化內容主要集中在性能、噪聲等內容上。在執行新版標準時，應重點關注如下內容：
（1）新版標準增加了高溫制熱、自動除霜、低溫制熱這三個工況下制熱量的要求，要求其實測制熱量均不應低于標稱值的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）新版標準首次在熱泵熱水器產品上提出全年能源消耗效率評價能效的方法，明確全年能源消耗效率（APF）的計算以南京地區為代表城市，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測值不應小于標稱值的95%，全年平均熱泵制熱消耗功率實測值不應大于標稱值的110%，全年能源消耗效率（APF）實測值應不低于表1規定的數值，并不應低于標稱值的95%。
（3）保溫性能是熱泵熱水器的一項重要性能指標，針對儲水箱容量不同，分別給出保溫時間的要求，新標準在修訂時，將水箱容量進一步細化，不同容量細分，對應的保溫時間也不相同，并提升了保溫時長，詳見表2和表3對于新舊版本保溫性能要求的對比。
（4）噪聲是消費者關注度較高的一項重要性能指標，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。新版標準根據家用機市場分類特點，取消制熱水能力300L/h以上的限值要求，僅規定了制熱水能力在300L/h產品的噪聲限定值，并將噪聲限定值的指標值大幅降低，使得噪聲要求更嚴格（新舊版本噪聲限定值對照見表4和表5），新版標準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。
（5）新版標準要求包裝在經歷振動和跌落試驗后，增加氣密性和噪聲的相關考核，需滿足本標準的相關部分要求。
2.3 技術要求
新版標準從器具的結構、耐候性、氣密和承壓要求、性能、噪聲、包裝和運輸等方面給出了熱泵熱水器的相關要求。針對新版標準，重點變化內容主要集中在性能、噪聲等內容上。在執行新版標準時，應重點關注如下內容：
（1）新版標準增加了高溫制熱、自動除霜、低溫制熱這三個工況下制熱量的要求，要求其實測制熱量均不應低于標稱值的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）新版標準首次在熱泵熱水器產品上提出全年能源消耗效率評價能效的方法，明確全年能源消耗效率（APF）的計算以南京地區為代表城市，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測值不應小于標稱值的95%，全年平均熱泵制熱消耗功率實測值不應大于標稱值的110%，全年能源消耗效率（APF）實測值應不低于表1規定的數值，并不應低于標稱值的95%。
（3）保溫性能是熱泵熱水器的一項重要性能指標，針對儲水箱容量不同，分別給出保溫時間的要求，新標準在修訂時，將水箱容量進一步細化，不同容量細分，對應的保溫時間也不相同，并提升了保溫時長，詳見表2和表3對于新舊版本保溫性能要求的對比。
（4）噪聲是消費者關注度較高的一項重要性能指標，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。新版標準根據家用機市場分類特點，取消制熱水能力300L/h以上的限值要求，僅規定了制熱水能力在300L/h產品的噪聲限定值，并將噪聲限定值的指標值大幅降低，使得噪聲要求更嚴格（新舊版本噪聲限定值對照見表4和表5），新版標準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。
（5）新版標準要求包裝在經歷振動和跌落試驗后，增加氣密性和噪聲的相關考核，需滿足本標準的相關部分要求。
2.4 試驗方法
新版標準在試驗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目的測試方法。
2.4.1 取消對于溫度計套管部分的要求
新版標準取消了測量規定中對于溫度計套管部分的要求；明確環境干、濕球溫度按照GB/T 7725規定的方法測量[5]。
2.4.2 水箱壓力試驗增加描述
對水箱壓力試驗增加描述，水壓以0.13MPa/s的速率增至規定值并保持5min。
2.4.3 熱泵制熱量試驗
（1）新版標準明確了帶有水箱的熱泵熱水器，水箱和主機在同一個環境溫度下進行該試驗。
（2）考慮到化霜等操作而出現的非穩態運行情況，增加附錄B非穩態制熱量的試驗方法。
①試驗周期
試驗在無電輔熱參與的情況下進行，工況穩定后，手動或者自動進行一次化霜10min，之后進入平衡運行階段60min，開始采集數據，運行3h或者三個完整的化霜周期，取較短者，結束數據采集。非穩態制熱量有以下幾種可能的情況：
a.若3h內無自動化霜，則計算采集數據3h內的平均制熱量。
b.若3h內沒有一個完整的自動化霜周期，則計算采集數據3h內的平均制熱量。
c.若3h內分別有1個、2個、3個完整的自動化霜周期，則分別按照1個、2個、3個化霜周期計算平均制熱量。②非穩態熱泵制熱的讀數允差要求如表7。
（3）對于靜態加熱式產品，增加了附錄C的水箱內水溫的測試方法。
出水溫度是熱泵熱水器性能測試的一項關鍵指標，制熱量、制熱水能力、保溫性能等試驗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結果的影響，新標準給出了靜態加熱式熱泵熱水器水箱內水溫的測試方法。為了確保加熱后箱內溫度的均勻性，靜態加熱式熱水器在加熱完成后需要進行混水，標準中給出了水箱外混水系統的具體要求：
①根據水箱容量不同，分別給出測試流量、循環時間及判定時間，當判定時間內溫度波動不大于±0.1℃時，認為水溫均勻；
②規定了管路和泵材質、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給出了混水系統熱損耗補償的標定及混水系統附加誤差的計算方法[7]，當大于一定值時，需對測得的水溫進行修正。
通過給出統一的水溫測試方法，采用統一的測試工裝和操作方法，提高測試的準確性。
2.4.4 空氣源熱泵熱水器全年能源消耗效率試驗和計算方法
新版標準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）的計算方法，APF計算與實測工況點、氣候分布、時間分布、各氣候分布發生時間以及輔助裝置功率等因素有關。實測工況點為高溫工況、名義工況、最小運行工況、自動除霜工況、低溫運行工況等共5個工況，其中自動除霜工況和低溫運行工況可實測也可按照經驗公式計算獲得，詳見表8所示。以南京氣候為典型氣候，分別給出環境溫度、進水溫度和各溫度發生的時間條件，通過插值計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倍的損失系數計算獲得輔助裝置的年耗電量。
2.4.5 噪聲試驗
新版標準針對噪聲測點位置也進行了細化[8]，針對不同結構形式、不同出風方式的熱泵熱水器，給出了具體的測點位置，詳見圖1至圖5。
圖1 整體落地式側出風測點位置
圖2 整體落地式頂出風測點位置
圖3 整體壁掛式和壁掛式水箱（帶運動部件）測點位置
圖4 分體式外機測點位置
圖5 分體落地式水箱（帶運動部件）測點位置
2.5 其他注意事項
新版標準取消了《以CO2為制冷劑的熱泵熱水器》的資料性附錄。原因是該部分已經單獨編制國家標準GB/T 38734-2020《以CO2為制冷劑的熱泵熱水器技術要求和試驗方法》。
3、結束語
熱泵熱水器一直是熱水器行業能效水平較高的產品，GB/T 23137-2020標準的發布，首次將全年能源消耗效率（APF）引入熱泵熱水行業，通過多工況點來表示熱泵熱水器的能效，與單點相比更接近用戶的實際使用，能夠更全面地反應產品的能效。用戶端的負荷隨時間、地域、使用習慣而變化，要求熱泵熱水器在較寬的使用條件范圍都具有較高的調節功能，實現優化控制。本次修訂盡量與國際相關標準接軌，但也充分考慮了國內實際情況和發展水平的原則，保留了“混水法”進行能效相關測試，規定了混水系統的結構組成和規格參數，改變了企業間由于原有混水裝置的差異而導致能效測試數據一致性較差的狀況。本次修訂在熱水儲存性能、噪聲等試驗項目上也進行了相應調整和細化，使修訂后的標準繼續保持先進性和可操作性。
本文對GB/T 23137新版標準與舊版的差異進行解讀，為從業人員更好地理解新標準提供支持。新標準的起草為制定下一版能效標準提供了重要依據和修訂方向，對于推動我國空氣源熱水行業的發展、提升行業整體競爭力具有重要意義。
由于在該新版標準發布和實施時，能效標準GB 29541《熱泵熱水機（器）能效限定值及能效等級》還未進行對應修訂，因此內容上存在差異，COP和APF兩套能效評價系統還要并行使用一段時間。在此期間，企業需要盡快完成產品標準GB/T 23137的版本切換，提高產品競爭力；行業監管和標準制訂單位也需要積極配合，盡快啟動新版能效標準的修訂工作，最終實現能效評價方法的統一和整個行業的提升。
本文作者
中家院（北京）檢測認證有限公司 張子祺 楊雙 吳曉麗
中國家用電器研究院 李欣
參考文獻
[1] 中國制冷空調工業協會, 產業在線. 2019年中國制冷空調產業發展白皮書[R]. 2019.
[2] GB/T 9237, 制冷系統及熱泵 安全與環境要求[S].
[3] 王曉劍, 樊承東, 郭強, 曹冠忠, 王圣賢. 初始加熱水溫對商用循環式熱泵機組性能影響的比對分析[J]. 家電科技, 2019(03): 106-108.
[4] GB/T 1019, 家用和類似用途電器包裝通則[S].
[5] GB/T 7725, 房間空氣調節器[S].
[6] GB/T 2624, 用安裝在圓形截面管道中的差壓裝置測量滿管流體流量(所有部分)[S].
[7] 張子祺, 楊雙, 蔡寧, 王志坤. 便攜式冷水熱泵機組性能測試裝置能效測量不確定度評定的研究[J]. 家電科技, 2019(04): 64-67, 71.
[8] GB/T 3785.1-2010, 電聲學 聲級計 第1部分：規范[S].
來源：《家電科技》2020年第六期
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