CN205079951U - 一种循环热泵热水器能效测量系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提出一种循环热泵热水器能效测量系统，包括：保温水箱；制冷机组，用以调整保温水箱的液体至初始温度，其通过管路连接保温水箱，以形成循环的供冷回路，所述管路上设有阀门；流体加热装置，用以调整初始温度，根据设定温度对保温水箱进行加热；流体循环装置，连接在保温水箱和被测热水器之间以形成液体的循环回路；温度传感器，用以测量被测热水器的进水温度和出水温度；体积测量装置，用以测量被加热液体的体积；电度表，用以测量被测热水器耗电量；控制系统，用以接收温度传感器、体积测量装置和电度表的数据，并用以控制。本实用新型可以检测各种热泵热水器工作过程中的能效系数，满足GB/T？23137-2008《家用和类似用途热泵热水器》的标准要求。

Description

一种循环热泵热水器能效测量系统

技术领域

本实用新型涉及热泵热水器能效检测技术，特别涉及一种循环热泵热水器能效测量系统。

背景技术

空气源热泵热水器是最常见的热泵热水器，“空气能热水器”把空气中的低温热量吸收进来，经过氟介质气化，然后通过压缩机压缩后升温增压，再通过换热器，压缩后的高温热能以此来加热换热器的水。空气能热水器具有高效节能的特点，相同能耗产生的热水量是电热水器的4-6倍，其年平均热效比是电加热的4倍，能效高。这类热水器克服了太阳能热水器必须根据天气情况依靠阳光采热和安装不便的缺点。由于空气能热水器是通过介质换热的，因此其不需要电加热元件与水直接接触，避免了电热水器漏电的危险，也避免了燃气热水器爆炸的可能和中毒的危险，更有效避免了燃气热水器排放废气造成的空气污染。

2015年1月1日，《热泵热水机(器)能源效率标识实施规则》(修订)(以下简称实施规则)正式实施，表明了国家对这类产品节能性的重视。至此，市场上销售的热泵热水器都必须首先经过能效认证。

热泵热水机有很多形式，循环式空气源热泵热水器是市场上最为常见的热泵热水器种类，这类产品的测试具有特殊性和复杂性，目前还没有较好的对循环式空气源热泵热水器进行能效检测的系统。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种循环热泵热水器能效测量系统，可以检测各种热泵热水器工作过程中的能效系数，能够满足GB/T23137-2008《家用和类似用途热泵热水器》的标准要求。

为解决上述问题，本实用新型提出一种循环热泵热水器能效测量系统，包括：

保温水箱，用以容纳液体；

制冷机组，用以调整保温水箱的液体至初始温度，其通过管路连接所述保温水箱，以形成循环的供冷回路，所述管路上设有阀门；

流体加热装置，用以调整保温水箱的液体至初始温度，根据设定温度对所述保温水箱进行加热；

流体循环装置，连接在所述保温水箱和被测热水器之间以形成液体的循环回路；

温度传感器，用以测量被测热水器的进水温度和出水温度；

体积测量装置，用以测量试验被加热的液体的体积；

电度表，用以测量被测热水器耗电量；

控制系统，用以接收所述温度传感器、体积测量装置和电度表的数据，并用以控制所述流体加热装置和流体循环装置。

根据本实用新型的一个实施例，所述流体加热装置包括：

电加热器，其设置在所述保温水箱内，用以加热所述液体；

调功器，由所述控制系统控制，根据所述设定温度确定电加热功率，以控制所述电加热器加热至相应温度。

根据本实用新型的一个实施例，所述流体循环装置包括：

出水管路，其始端连接所述保温水箱的出水口，其末端连接所述被测热水器的进水口，其上设有开关控制阀；

进水管路，其始端连接所述被测热水器的出水口，其末端连接所述保温水箱的进水口；

水泵，其设置在所述出水管路的靠近始端处，用以提供所述保温水箱的出液动力。

根据本实用新型的一个实施例，所述流体循环装置还包括：

电动机，用以提供所述水泵驱动力，并由所述控制系统进行控制。

根据本实用新型的一个实施例，所述制冷机组和保温水箱间的供冷回路包括：

进液管路，其一端连接制冷机组的出水口，其另一端连接保温水箱的进水接口，其上设有第一控制阀；

出液管路，其一端连接保温水箱的出水口，其另一端连接制冷机组的进水接口，其上设有第二控制阀；

所述第一控制阀和第二控制阀在能效测量过程中处于截止状态。

根据本实用新型的一个实施例，所述初始温度为15±0.5℃

根据本实用新型的一个实施例，还包括：

液位计，其设置在保温水箱内，用以检测保温水箱的水位，并将水位信号传输给控制系统。

根据本实用新型的一个实施例，还包括：

高低液位继电器，其设置在保温水箱内，用以检测保温水箱的高低液位，在液位过高或过低时产生一断开信号，并将其传输给控制系统控制流体循环装置停止循环。

根据本实用新型的一个实施例，还包括：

保温水箱温度传感器，用以测量保温水箱的液体温度，并传输测量数据给所述控制系统。

根据本实用新型的一个实施例，所述体积测量装置为工业电子秤。

采用上述技术方案后，本实用新型相比现有技术具有以下有益效果：通过保温水箱和被测热水器及两者之间连接的流体循环装置，可以形成被测热水器在加热测试过程中的一个循环回路，从而可以通过温度传感器、体积测量装置和电度表测量热泵的进水温度、出水温度、被加热水的体积和耗电量，结合加热时间便可以根据标准规定的公式获得被测热泵热水器的能效系数，并且通过设置制冷机组和流体加热装置，能够调整保温水箱的液体的初始温度，从而无论在冬天还是夏天都可以使测量达到标准规定要求，可以实现标准GB/T23137-2008《家用和类似用途热泵热水器》中要求的多次循环热泵热水器的能效测量。

附图说明

图1为本实用新型一实施例的循环热泵热水器能效测量系统的结构框图。

具体实施方式

为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本实用新型的具体实施方式做详细的说明。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本实用新型。但是本实用新型能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本实用新型内涵的情况下做类似推广，因此本实用新型不受下面公开的具体实施的限制。

参看图1，在本实施例中，一种循环热泵热水器能效测量系统包括保温水箱1、制冷机组2、流体加热装置、流体循环装置、温度传感器、体积测量装置、电度表和控制系统7。

其中，保温水箱1用来容纳并保温液体，该液体用于检测热泵热水器5时在循环回路中进行循环流动，也是之后测试过程中被加热的液体，液体例如可以是简单的清水，当然也可以是一些水溶液。保温水箱1可以是不锈钢材质的，在其上开设有与制冷机组2连接的进水接口和出水接口。

制冷机组2用以调整保温水箱1的液体至初始温度，由于标准要求，用于热泵热水器5测试的液体需要具备一定的初始温度，试验要求的初始温度值例如可以为15±0.5℃，可以具有一定的误差范围。示例性的，制冷部件可以为全封闭涡旋式压缩机，使用一台离心式水泵将保温水箱1内的液体抽出后，流经蒸发器使其得以冷却而温度下降，制冷剂吸收的热量最后在铝翅片套铜管式冷凝器中释放，并通过大流量外转子轴流风机散发至周围大气中，制冷后的液体重新再回到保温水箱1内。制冷机组2可以自带数显微电脑温度控制器，具有温度异常、电源逆相、高低压故障、压缩机过载、压缩机过热、水泵过载、低水位警报和电路短路等报警和保护功能。

制冷机组2通过管路连接保温水箱，以形成循环的供冷回路，制冷机组2通过供冷回路向保温水箱1提供冷能，在管路上设有阀门，阀门可以控制供冷回路是否工作。具体的，制冷机组和保温水箱间的供冷回路可以包括进液管路和出液管路。其中，进液管路的一端连接制冷机组2的出水口，另一端连接保温水箱1的进水接口，在进液管路上设有第一控制阀21；出液管路的一端连接保温水箱1的出水口，另一端连接制冷机组2的进水接口，在出液管路上设有第二控制阀22。较佳的，阀门及管路外包保温材料，避免使用过程中与外界发生过多的热交换而导致过大的测试误差。

第一控制阀21和第二控制阀22在能效测量过程中处于截止状态，也就是说在被测换热器5测量过程中，制冷机组2并不向保温水箱供冷，制冷机组2可以工作在测试过程之前或之后，之前可以调整初始温度，之后可以较快地对保温水箱1已加热的液体进行降温。

考虑到冬天试验时，测量系统所在地的环境温度可能为0℃或以下，故系统中需配套安装流体加热装置，用于将温度过低的液体加热到试验要求的初始温度15±0.5℃，流体加热装置可以根据控制系统设定的温度对保温水箱1进行加热，加热至相应的初始温度，或其他所需的温度。

在一个实施例中，流体加热装置可以包括电加热器31和调功器32，但不限于此。电加热器31设置在保温水箱1内，具体的可以设置在保温水箱1的侧壁上，用来加热保温水箱1内的液体。调功器32由控制系统控制，根据控制系统7设定的温度确定电加热功率，以控制电加热器31加热至相应温度，设定的温度例如是所需的初始温度。在图1中，调功器32和控制系统7之间还设有PID调节器(比例积分微分调节器)33，用来实现自适应的控制与调节，确保试验介质的温度及其精度满足测试要求。

流体循环装置连接在保温水箱1和被测热水器5之间，以形成液体的循环回路，该循环回路是液体从保温水箱出去，经由被测热水器加热后，回到保温水箱，依此循环多次，进行相应的能效测试。

在一个实施例中，流体循环装置可以包括出水管路41、进水管路42和水泵43。出水管路41的始端连接保温水箱1的出水口，末端连接被测热水器5的进水口，在出水管路41上设有开关控制阀，控制循环回路是否工作。进水管路42的始端连接被测热水器5的出水口，末端连接保温水箱1的进水口，在进水管路42上可以开设开关控制阀。水泵43设置在出水管路41的靠近始端处，用以提供保温水箱1的出液动力。按照GB/T23137-2008标准要求，测试过程中循环水泵的标称流量应不小于保温水箱1有效容积的1/2，故在系统内配备了一台不锈钢循环水泵，用于从保温水箱1内抽取液体，输出给试验中被测热泵热水器5，水泵的规格例如可以为，额定参数选为流量7m³/h，扬程33m，功率1.5kW。在一个实施例中，流体循环装置还包括45，用以提供水泵驱动力，并由控制系统进行控制启动或关闭，从而相应控制水泵抽水或停泵。

用于能效测试的传感或测量装置可以包括温度传感器、体积测量装置和电度表。温度传感器例如可以是Pt100水温传感器，可以是设置在循环回路上的多个不同的温度传感器。温度传感器主要可以用来测量被测热水器5的进水温度和出水温度，在图1中，在被测热水器5的进水口设置一温度传感器61，用来测量进水温度，在被测热水器5的出水口设置一温度传感器62，用来测量出水温度。体积测量装置用来测量试验被加热的液体的体积，该被加热的液体为循环回路中的所有液体，包括保温水箱内的液体，进水管路42和出水管路41上的液体，及被测热水器5中的流通液体，例如可以通过工业电子秤63进行测量，将质量转换为相应的体积。电度表用来测量被测热水器耗电量，电度表例如可以是配备RS232或485数字接口的数字电度表64。

控制系统7接收温度传感器、体积测量装置和电度表的数据，记录热泵热水器的进水温度、出水温度、被加热水的体积、加热时间以及耗电量，使用标准规定的公式计算出热泵热水器5的能效系数。同时，控制系统7还用以控制流体加热装置和流体循环装置，控制流体加热装置加热至设定温度，控制流体循环装置开启循环回路或关闭循环回路。控制系统7可以包括系统内使用的强电和弱电控制，主控元件可以为一台小型计算机，配合PLC(可编辑逻辑控制器)及空气开关、接触器、继电器和调功器等电器元件完成系统的控制功能。

较佳的，循环热泵热水器能效测量系统还可以包括：液位计(图中未示出)，设置在保温水箱1内，用以检测保温水箱1的水位，并将水位信号传输给控制系统7，以检测水位是否正常，液位计较佳的是不锈钢为主材料制成的。

较佳的，循环热泵热水器能效测量系统还可以包括：高低液位继电器(图中未示出)，设置在保温水箱1内，用以检测保温水箱1的高低液位，在液位过高或过低时产生一断开信号，并将其传输给控制系统7控制流体循环装置停止循环，例如在液位过低时，可以控制自动停泵以避免系统损坏。

较佳的，循环热泵热水器能效测量系统还包括：保温水箱温度传感器65，用以测量保温水箱1的液体温度，并传输测量数据给控制系统7，进一步可以在显示部件上显示，配合控制系统7完成测试过程，其型号也可以为Pt100水温传感器。

本实用新型的循环热泵热水器能效测量系统，专门用于检测各种热泵热水器工作过程中的能效系数，可以满足GB/T23137-2008《家用和类似用途热泵热水器》的标准要求。按照上述标准的要求，多次循环热泵热水器能效系数的检测初始条件为：环境温度20℃，环境风速不大于0.5m/s，保温水箱1内水温初始值为15±0.5℃；然后使用热泵热水器循环加热保温水箱1内的液体，直至其温度达到55±0.5℃；记录热泵的进水温度、出水温度、被加热液体的体积、加热时间以及耗电量；最后使用标准规定的公式计算出热泵热水器的能效系数。

循环热泵热水器能效测量系统的控制方法可以包括以下步骤：

1)设定参数，包括电加热器的重量，系统测试的起始温度和结束温度，保温水箱及箱内液体初始重量(通过称量方式获得)，系统水箱及箱内液体测试时重量(初始温度和新添加的液体重量，新添加的可以直接输入确定)；

2)若保温水箱内的液位不到设定值，则开启保温水箱的进水电磁阀进行加液体，直至保温水箱及液体达到设定的测试重量；

3)检测保温水箱内的水温，如果大于15℃，则开启供冷回路，使用制冷机组进行供冷，如果小于15℃，则开启电加热器及其温控和调功器件，直至调节至15℃；

4)关闭电加热器和制冷机组，开启水泵，循环回路开始工作；

5)检测电能表记录的消耗电能，记录当前保温水箱内液体温度，扣除各项误差，计算得出被测热水器被加热液体的热量和消耗的电能，绘制消耗的电能的曲线和能效变化的曲线；

6)直至保温箱内液体温度为55℃，关闭系统，计算能效系数。

本实用新型虽然以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定权利要求，任何本领域技术人员在不脱离本实用新型的精神和范围内，都可以做出可能的变动和修改，因此本实用新型的保护范围应当以本实用新型权利要求所界定的范围为准。

Claims (10)

1.一种循环热泵热水器能效测量系统，其特征在于，包括：

保温水箱，用以容纳液体；

制冷机组，用以调整保温水箱的液体至初始温度，其通过管路连接所述保温水箱，以形成循环的供冷回路，所述管路上设有阀门；

流体加热装置，用以调整保温水箱的液体至初始温度，根据设定温度对所述保温水箱进行加热；

流体循环装置，连接在所述保温水箱和被测热水器之间以形成液体的循环回路；

温度传感器，用以测量被测热水器的进水温度和出水温度；

体积测量装置，用以测量试验被加热的液体的体积；

电度表，用以测量被测热水器耗电量；

控制系统，用以接收所述温度传感器、体积测量装置和电度表的数据，并用以控制所述流体加热装置和流体循环装置。

2.如权利要求1所述的循环热泵热水器能效测量系统，其特征在于，所述流体加热装置包括：

电加热器，其设置在所述保温水箱内，用以加热所述液体；

调功器，由所述控制系统控制，根据所述设定温度确定电加热功率，以控制所述电加热器加热至相应温度。

3.如权利要求1所述的循环热泵热水器能效测量系统，其特征在于，所述流体循环装置包括：

出水管路，其始端连接所述保温水箱的出水口，其末端连接所述被测热水器的进水口，其上设有开关控制阀；

进水管路，其始端连接所述被测热水器的出水口，其末端连接所述保温水箱的进水口；

水泵，其设置在所述出水管路的靠近始端处，用以提供所述保温水箱的出液动力。

4.如权利要求3所述的循环热泵热水器能效测量系统，其特征在于，所述流体循环装置还包括：

电动机，用以提供所述水泵驱动力，并由所述控制系统进行控制。

5.如权利要求1所述的循环热泵热水器能效测量系统，其特征在于，所述制冷机组和保温水箱间的供冷回路包括：

进液管路，其一端连接制冷机组的出水口，其另一端连接保温水箱的进水接口，其上设有第一控制阀；

出液管路，其一端连接保温水箱的出水口，其另一端连接制冷机组的进水接口，其上设有第二控制阀；

所述第一控制阀和第二控制阀在能效测量过程中处于截止状态。

6.如权利要求1所述的循环热泵热水器能效测量系统，其特征在于，所述初始温度为15±0.5℃。

7.如权利要求1所述的循环热泵热水器能效测量系统，其特征在于，还包括：

液位计，其设置在保温水箱内，用以检测保温水箱的水位，并将水位信号传输给控制系统。

8.如权利要求1所述的循环热泵热水器能效测量系统，其特征在于，还包括：

高低液位继电器，其设置在保温水箱内，用以检测保温水箱的高低液位，在液位过高或过低时产生一断开信号，并将其传输给控制系统控制流体循环装置停止循环。

9.如权利要求1所述的循环热泵热水器能效测量系统，其特征在于，还包括：

保温水箱温度传感器，用以测量保温水箱的液体温度，并传输测量数据给所述控制系统。

10.如权利要求1所述的循环热泵热水器能效测量系统，其特征在于，所述体积测量装置为工业电子秤。