CN113029627A

CN113029627A - 一种标准燃气热水器能效指标的校准方法

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Publication number: CN113029627A
Application number: CN202110338771.1A
Authority: CN
Inventors: 吴忠杰; 易国贤; 吴丽滨; 周军红; 罗旭东; 陆国权; 黄光保; 林鼎添
Original assignee: Guangdong Provincial Institute Of Metrology (south China National Centre Of Metrology)
Current assignee: Guangdong Provincial Institute Of Metrology (south China National Centre Of Metrology)
Priority date: 2021-03-30
Filing date: 2021-03-30
Publication date: 2021-06-25

Abstract

本发明公开了一种标准燃气热水器能效指标的校准方法，包括对被校标准燃气热水器进行热负荷校准，同步进行的热效率校准，以及评定测量重复性。本发明提供的标准燃气热水器能效指标的校准方法，填补了行业空白，其校准的标准燃气热水器，能效指标的输出稳定、可靠，稳定性和准确性能得到保证。

Description

一种标准燃气热水器能效指标的校准方法

技术领域

本发明涉及热水器热负荷校准领域，尤其涉及一种标准燃气热水器能效指标的校准方法。

背景技术

标准燃气热水器是属于标准样机，其性能远优于普通家用燃气热水器产品。然而，我国现阶段仅有关于燃气热水器能效指标的检测标准，依据国家标准GB 20665-2015《家用燃气快速热水器和燃气采暖热水炉能效限定值及能效等级》和国家计量技术规范JJF 1261.9-2013《家用燃气快速热水器和燃气采暖热水炉能源效率计量检测规则》，针对的是市面普通家用燃气热水器产品，检测设备和检测条件的要求比较低。其中国家标准GB20665-2015针对家用燃气快速热水器产品的性能标准，标准中关于能效指标的检测设备和检测条件的要求较低，而JJF 1261.9-2013是针对家用燃气快速热水器产品的能效计量监督检测规范，其检测设备和检测条件的要求高于国标GB 20665-2015，但尚未达到标准燃气热水器能效指标的校准要求。此外，相比于标准燃气热水器，市场上的普通燃气热水器产品其能效指标的输出不够稳定和可靠，如果依照目前针对普通燃气热水器产品的检测标准来校准标准燃气热水器，其最终输出的能效指标的稳定性和准确性则无法得到保证。

发明内容

本发明的目的是提供一种标准燃气热水器能效指标的校准方法，其校准的标准燃气热水器，能效指标的输出稳定、可靠，稳定性和准确性能得到保证。

为实现上述目的，本发明提供一种标准燃气热水器能效指标的校准方法，包括热负荷校准，校准步骤如下：

步骤a，安装被校标准燃气热水器；

步骤b，选择被校标准燃气热水器所需的热负荷；

步骤c，启动被校标准燃气热水器，将其调至所选择热负荷校准点状态，调节流量确保被校标准燃气热水器进出水温升为40K±1K；

步骤d，被校标准燃气热水器运行至出水温度稳定后，测定燃气流量；计算实测折算热负荷；

步骤e，重复步骤b-步骤d，完成多次热负荷测量，选出连续n次测量中最大值与最小值相对偏差不大于0.5％的热负荷测量结果，计算n次测量的平均值作为热负荷的校准结果；其中，n≥3。

作为本发明的进一步改进，所述热负荷校准的步骤d中，实测折算热负荷按以下公式计算：

Φ——15℃、大气压101.3kPa、干燥状态下的实测折算热负荷，kW；

Q——15℃、大气压101.3kPa、实测燃气低热值，MJ/m³；

V——实测燃气流量，m³/h；

P_a——检测时的大气压力，kPa；

P_m——实测燃气流量计内的燃气压力，kPa；

P_g——检测时燃气热水器前的燃气压力，kPa；

t_g——检测时燃气流量计内的燃气温度，℃；

d₀——试验气的相对密度；

d_r——基准气的相对密度。

作为本发明的更进一步改进，所述d₀为干试验气的相对密度d。

作为本发明的更进一步改进，所述d₀为湿试验气的相对密度d_h，d_h通过以下公式计算：

d_h——湿试验气的相对密度；

d——干试验气的相对密度；

P_a——检测时的大气压力，kPa；

P_m——实测燃气流量计内的燃气压力，kPa；

P_S——在温度为t_g时饱和水蒸气的压力，kPa；

P_g——检测时燃气热水器前的燃气压力，kPa；

0.622——理想状态下的水蒸气相对密度值。

作为本发明的更进一步改进，还包括与所述热负荷校准同步进行的热效率校准，热效率校准步骤如下：

步骤f，按照步骤e的热负荷校准点完成多次热效率测量，选出连续n次测量中最大值与最小值相对偏差不大于0.3％的热效率测量结果，计算n次测量的平均值作为热效率的校准结果；其中，n≥3。

作为本发明的更进一步改进，所述步骤f中的热效率按通过以下公式计算：

η——温升t＝(t_w2-t_w1)时的热效率，％；

C——水的比热容，4.19×10^-3MJ/(kg·K)；

M——单位时间内出热水量，kg/min；

t_w2——出水温度，℃；

t_w1——进水温度，℃；

Q——15℃、大气压101.3kPa、实测燃气低热值，MJ/m³；

V——实测燃气流量，m³/h；

t_g——检测时燃气流量计内的燃气温度，℃；

P_a——检测时的大气压力，kPa；

P_g——检测时燃气热水器前的燃气压力，kPa；

S——温度为t_g℃时的饱和水蒸气压力，kPa(当使用干式流量计测量时，S 值应乘以检测燃气的相对湿度进行修正)。

作为本发明的更进一步改进，在测量重复性条件下，对标准燃气热水器标称热负荷下的热效率进行n次独立测量，采用极差法评定测量重复性；其中，n ≥3。

有益效果

与现有技术相比，本发明的标准燃气热水器能效指标的校准方法的优点为：

1、填补行业空白。本发明不仅对检测设备、检测条件、检测方法等方面提出更高的要求，而且开创性地提出了标准燃气热水器的关键计量技术指标：“测量重复性”，将为标准燃气热水器能效指标的准确赋值提供关键技术支撑。通过本发明方法校准的标准燃气热水器，其能效指标的输出稳定、可靠，稳定性和准确性能得到保证。

具体实施方式

实施例

本发明的具体实施方式为一种标准燃气热水器能效指标的校准方法，包括以下内容。

1范围

本方法规定了标准燃气热水器的计量特性、校准条件、校准项目及方法等内容。

本方法适用于标准燃气热水器能效指标(热负荷及热效率)的校准，冷凝式燃气热水器等同类产品的能效指标校准或赋值可参考本方法。

2引用文献

本校准方法引用了下列文件：

GB 6932家用燃气快速热水器

GB/T 12206城镇燃气热值和相对密度测定方法

GB/T 13611城市燃气分类和基本特性

JJF 1261.9家用燃气快速热水器和燃气采暖热水炉能源效率计量检测规则

凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本校准方法；凡是不注日期的引用文件，其最新版本(包括所有修改单)适用于本校准方法。

3计量性能要求

3.1能效指标的计量性能要求

标准燃气热水器能效指标的测量范围和最大允许误差见表1。

表1标准燃气热水器的测量范围与最大允许误差

序号	能效指标项目	测量范围	最大允许误差
				1	热负荷	1kW～70kW	±1.0％
2	热效率	70％～110％	±1.2％

3.2测量重复性的要求

在测量重复性条件下，对标准燃气热水器的热效率进行连续三次独立测量 (每次测量要求装置在检测环境中放置1h后开机测量)，要求装置测量重复性不大于0.3％。

4校准条件

4.1环境条件

4.1.1环境温度：(20±5)℃。

4.1.2环境湿度：(40～80)％RH。

4.1.3大气压力：(86～106)kPa。

4.1.4交流电源：电压(220±22)V，频率(50±1)Hz。

4.1.5通风换气良好，室内空气中一氧化碳含量应小于0.002％，二氧化碳含量应小于0.2％，自然通风的空气速度小于0.5m/s。

4.2燃气要求

标准燃气热水器能效指标校准和测量重复性检测用天然气的华白数和燃烧势与标准GB/T 13611-2018规定值相对偏差应分别在±2％和±3％之内。校准/ 检测过程中，天然气的华白数和燃烧势应保持稳定，华白数和燃烧势的具体要求参见GB/T 13611。

校准/检测用天然气为基准气，燃气压力为额定压力，额定压力为2000Pa。

4.3测量设备

4.3.1主要测量设备

4.3.1.1温度计

a)测量范围：(0～100)℃；

b)分辨力：0.02℃；

c)最大允许误差：±0.1℃。

4.3.1.2气体流量计

a)测量范围：(50～10000)L/h；

b)最大允许误差：±0.5％。

4.3.1.3液体流量计

a)测量范围：(40～4000)L/h；

b)最大允许误差：±0.5％。

4.3.1.5燃气热值仪

a)测量范围：(6.7～125.6)MJ/m³；

b)最大允许误差：±1.0％。

4.3.1.6燃气压力计

a)测量范围：(0～5)kPa；

b)分辨力：1Pa；

c)最大允许误差：±0.1％FS。

4.3.1.7大气压力计

a)测量范围：(80～120)kPa；

b)分辨力：0.01kPa；

c)最大允许误差：±0.1％FS。

4.3.2辅助设备

4.3.2.1温湿度计

a₁)温度测量范围：(0～50)℃；

b₁)分辨力：0.1℃；

c₁)最大允许误差：±0.5℃；

a₂)湿度测量范围：(30～100)％RH；

b₂)分辨力：0.1％RH；

c₂)最大允许误差：±5％RH。

4.3.2.2燃气相对密度计

a)测量范围：0～10；

b)最大允许误差：±2.0％。

4.3.2.3色谱仪或吸收式气体分析仪

a)测量范围：0.001％～100％；

b)分辨力：1×10^-6；

c)最大允许误差：±0.5％。

4.3.2.4一氧化碳测定仪

a)测量范围：0～0.2％；

b)分辨力：1×10^-6；

c)最大允许误差：±5×10^-6。

4.3.2.5二氧化碳测定仪

a)测量范围：0～15％；

b)分辨力：0.01％；

c)最大允许误差：±0.05％。

4.3.2.6水压表

a)测量范围：(0～0.6)MPa；

b)分辨力：2kPa；

c)最大允许误差：±0.4％FS。

4.3.2.7风速仪

a)测量范围：(0.1～1.0)m/s；

b)分辨力：0.01m/s；

c)最大允许误差：±5％FS。

4.3.2.8电源

电源条件：电压(220±2.2)V，频率(50±1)Hz，单相交流电源。

上述测量设备给出了基本性能要求，也可以采用同等或以上性能的其他检测仪器或仪表。

5校准项目和校准方法

5.1校准项目

标准燃气热水器能效指标的校准项目见表2。

表2标准燃气热水器能效指标校准项目

序号	项目名称	技术要求条款	校准方法章节
				1	热负荷校准	3.1	5.2.2
2	热效率校准	3.1	5.2.3
				3	测量重复性	3.2	5.2.4

5.2校准方法

5.2.1校准前准备

1)被校标准燃气热水器外观完好，配件齐全，具有使用及安装说明等技术文件。

2)被校标准燃气热水器无明显的机械损伤、变形或破损。

3)被校标准燃气热水器正常工作。

5.2.2热负荷校准方法

5.2.2.1校准点的选取

校准点应根据客户的需求，对被校标准燃气热水器的热负荷(或可调节固定的热负荷)进行选择。这里选择的热负荷为一个稳定输出的热负荷。

5.2.2.2校准步骤

1)按照GB 6932规定的安装方式安装被校标准燃气热水器；

2)供水压力为0.1MPa，确保进水温度为20℃±1℃，且检测过程中水温波动要求不大于0.3℃；

3)启动燃气热水器，将其调至所选择热负荷校准点状态，调节流量确保热水器进出水温升为40K±1K。

4)燃气热水器运行15min，当出热水温度稳定后用气体流量计测定燃气流量。气体流量计指针转动一周以上的整圈数，且测定时间应不少于1min，其实测折算热负荷按公式(1)计算：

式中：

Q——15℃、大气压101.3kPa、实测燃气低热值，MJ/m³；

V——实测燃气流量，m³/h；

P_a——检测时的大气压力，kPa；

P_m——实测燃气流量计内的燃气压力，kPa；

P_g——检测时燃气热水器前的燃气压力，kPa；

t_g——检测时燃气流量计内的燃气温度，℃；

d₀——试验气的相对密度；

d_r——基准气的相对密度。

其中，d₀可以为干试验气的相对密度d。此外，使用湿式流量计时，d₀为湿试验气的相对密度d_h，d_h按以下公式(2)进行计算：

式中：

d_h——湿试验气的相对密度；

d——干试验气的相对密度；

P_a——检测时的大气压力，kPa；

P_m——实测燃气流量计内的燃气压力，kPa；

P_S——在温度为t_g时饱和水蒸气的压力，kPa；

P_g——检测时燃气热水器前的燃气压力，kPa；

0.622——理想状态下的水蒸气相对密度值。

饱和蒸气压力P_S与温度t_g的对应值见GB/T 12206-2006中的表B.1。

5)重复以上步骤2)～4)，完成多次热负荷测量，选出连续n次测量中最大值与最小值相对偏差不大于0.5％的热负荷测量结果，计算其平均值作为热负荷的校准结果；其中，n≥3。本实施例中，连续完成3次热负荷测量，要求最大值与最小值的相对偏差不大于0.5％，取3次热负荷测量结果的平均值作为热负荷的校准结果。

5.2.3热效率校准方法

5.2.3.1校准步骤

1)被校标准燃气热水器热效率的校准应和热负荷校准同步进行，其热效率

按公式(3)计算：

式中：

η——温升t＝(t_w2-t_w1)时的热效率，％；

C——水的比热容，4.19×10^-3MJ/(kg·K)；

M——单位时间内出热水量，kg/min；

t_w2——出水温度，℃；

t_w1——进水温度，℃；

Q——15℃、大气压101.3kPa、实测燃气低热值，MJ/m³；

V——实测燃气流量，m³/h；

t_g——检测时燃气流量计内的燃气温度，℃；

P_a——检测时的大气压力，kPa；

P_g——检测时燃气热水器前的燃气压力，kPa；

S——温度为t_g℃时的饱和水蒸气压力，kPa(当使用干式流量计测量时，S值应乘以检测燃气的相对湿度进行修正，燃气的相对湿度通过温湿度计测量获得)。

2)按照5.2.2.2的步骤完成热负荷校准点下的热效率测量，选出连续n次测量中最大值与最小值相对偏差不大于0.3％的热效率测量结果，计算其平均值作为热效率的校准结果；其中，n≥3。本实施例中，n＝3，要求最大值与最小值的相对偏差应不大于0.3％，取3次热效率测量结果的平均值作为热效率的校准结果。

5.2.4测量重复性检测方法

在测量重复性条件下，对标准燃气热水器热负荷下的热效率进行n次独立测量，采用极差法评定测量重复性。本实施例中，n＝3，对标准燃气热水器热负荷下的热效率进行3次独立测量。

5.2.4.1检测步骤

1)按照GB 6932规定的安装方式安装被校标准燃气热水器；

2)供水压力为0.1MPa，确保进水温度为20℃±1℃，且检测过程中水温波动要求不大于0.5℃；

3)启动燃气热水器，将被校标准燃气热水器调节至热负荷下工作，调节流量确保热水器进出水温升为40K±1K；

4)在燃气热水器运行15min，当出热水温度稳定后进行热效率测量，并按公式(3)计算热效率；

5)完成热效率测量后关闭被校标准燃气热水器，保持测量装置处于待测状态。

6)待燃气热水器在检测环境中放置1h后重新启动，再次按步骤2)～5) 的要求测量燃气热水器的热效率值，直至3次测量结束。被校标准燃气热水器的测量重复性采用极差法进行评定，按式(4)计算被校标准燃气热水器热效率的测量重复性。

5.2.4.2测量重复性的计算

测量重复性通过以下公式(4)进行计算：

式中：

E——被校标准燃气热水器的测量重复性，％；

η_max——被校标准燃气热水器3次热效率的最大值，％；

η_min——被校标准燃气热水器3次热效率的最小值，％；

C——极差系数，3次测量取C＝1.69。

以上结合最佳实施例对本发明进行了描述，但本发明并不局限于以上揭示的实施例，而应当涵盖各种根据本发明的本质进行的修改、等效组合。

Claims

1.一种标准燃气热水器能效指标的校准方法，其特征在于，包括热负荷校准，校准步骤如下：

步骤a，安装被校标准燃气热水器；

步骤b，选择被校标准燃气热水器所需的热负荷；

步骤e，重复步骤b-步骤d，完成多次热负荷测量，选出连续n次测量中最大值与最小值相对偏差不大于0.5％的热负荷测量结果，计算n次测量值的平均值作为热负荷的校准结果；其中，n≥3。

2.根据权利要求1所述的一种标准燃气热水器能效指标的校准方法，其特征在于，所述热负荷校准的步骤d中，实测折算热负荷按以下公式计算：

Q——15℃、大气压101.3kPa、实测燃气低热值，MJ/m³；

V——实测燃气流量，m³/h；

P_a——检测时的大气压力，kPa；

P_m——实测燃气流量计内的燃气压力，kPa；

P_g——检测时燃气热水器前的燃气压力，kPa；

t_g——检测时燃气流量计内的燃气温度，℃；

d₀——试验气的相对密度；

d_r——基准气的相对密度。

3.根据权利要求2所述的一种标准燃气热水器能效指标的校准方法，其特征在于，所述d₀为干试验气的相对密度d。

4.根据权利要求3所述的一种标准燃气热水器能效指标的校准方法，其特征在于，所述d₀为湿试验气的相对密度d_h，d_h通过以下公式计算：

d_h——湿试验气的相对密度；

d——干试验气的相对密度；

P_a——检测时的大气压力，kPa；

P_m——实测燃气流量计内的燃气压力，kPa；

P_S——在温度为t_g时饱和水蒸气的压力，kPa；

P_g——检测时燃气热水器前的燃气压力，kPa；

0.622——理想状态下的水蒸气相对密度值。

5.根据权利要求1或2或3或4所述的一种标准燃气热水器能效指标的校准方法，其特征在于，还包括与所述热负荷校准同步进行的热效率校准，热效率校准步骤如下：

6.根据权利要求5所述的一种标准燃气热水器能效指标的校准方法，其特征在于，所述步骤f中的热效率按通过以下公式计算：

η——温升t＝(t_w2-t_w1)时的热效率，％；

C——水的比热容，4.19×10^-3MJ/(kg·K)；

M——单位时间内出热水量，kg/min；

t_w2——出水温度，℃；

t_w1——进水温度，℃；

Q——15℃、大气压101.3kPa、实测燃气低热值，MJ/m³；

V——实测燃气流量，m³/h；

t_g——检测时燃气流量计内的燃气温度，℃；

P_a——检测时的大气压力，kPa；

P_g——检测时燃气热水器前的燃气压力，kPa；

S——温度为t_g℃时的饱和水蒸气压力，kPa(当使用干式流量计测量时，S值应乘以检测燃气的相对湿度进行修正)。

7.根据权利要求5或6所述的一种标准燃气热水器能效指标的校准方法，其特征在于，在测量重复性条件下，对标准燃气热水器标称热负荷下的热效率进行n次独立测量，采用极差法评定测量重复性；其中，n≥3。

8.根据权利要求1所述的一种标准燃气热水器能效指标的校准方法，其特征在于，进行能效指标校准时，环境条件按以下要求：

环境温度：(20±5)℃；

环境湿度：(40～80)％；

大气压力：(86～106)kPa；

交流电源：电压(220±22)V，频率(50±1)Hz。

通风换气良好，室内空气中一氧化碳含量应小于0.002％，二氧化碳含量应小于0.2％，自然通风的空气速度小于0.5m/s。

9.根据权利要求1所述的一种标准燃气热水器能效指标的校准方法，其特征在于，向所述被校标准燃气热水器供水时，供水压力为0.1MPa，进水温度控制在20℃±1℃，且检测过程中水温波动要求不大于0.3℃。