内行看门道：符合北京煤改电标准的-20℃低温实验室该如何建
《热泵市场》杂志
供稿_合肥汇一能源科技
摘 要：北京煤改电政策要求空气源热泵生产企业必须建有-20℃低温实验室，目前国内热泵企业数量众多，但拥有合格实验室的企业很少，很多企业甚至没有实验室。本文介绍热泵行业实验室的现状，阐述热泵实验室该如何建造。
关键词：煤改电 空气源热泵 低温实验室 标准
目前，国内空气源热泵行业发展迅速，生产企业众多，但大部分规模较小，建有合格的热泵实验室的企业比较少。北京“煤改电”政策出台之后，明确要求投标单位必须有-20℃低温热泵实验室，生产企业对实验室的需求增强。本文讲述符合北京煤改电标准的热泵实验室应该如何建。
一、北京煤改电对企业的要求
北京出台的“煤改电”政策对空气源热泵生产企业及其产品提出了如下要求：
产品符合国标《低环境温度空气源热泵（冷水）机组户用及类似用途的热泵（冷水）机组》（GB/T 25127.2），且有CCC认证或生产许可证。
企业必须建有-20℃以下低温检测实验室，无低温实验室的企业视为无研发基础条件和产品质量控制条件，不许纳入投标单位。
产品名义工况制热COP大于2.1，IPLV（H）大于2.4，机组能在低温工况（空气干球温度-20℃）正常运行3小时，在-20℃到-25℃能正常无电辅热启动，允许在-20℃到-25℃采用电辅热制热。
二、热泵行业的实验室现状
目前，国内空气源热泵生产企业的实验室现状大致如下：
数量少。几乎一半热泵生产企业都没有实验室。究其原因，有三点：一是实验室投资较大，对于刚起步的小企业来说，负担较重；二是实验室耗电量较大，运行成本高；三是由于政策刺激与鼓励，生产企业数量剧增，还没来得及建造或者不知道怎么建。
利用率低。很多企业建造实验室的目的就是为了取得生产许可证，一旦拿到许可证后，实验室基本上不用。原因有二：一是实验室耗电多，运行起来会增加成本；二是贪便宜，以极低成本建造了“一次性”实验室，用于申请许可证，几个月之后就无法运转了。
设备配置低。大部分实验室仅能达到-10℃以内的测试工况，很少能达到-25℃的；使用的设备质量较次，故障率高，导致实验室使用率降低；建造环境间库体的保温板质量差，地板甚至不用保温板，导致漏冷严重，既耗电，又使得低温工况很难降温。
能耗大。一是因为实验室建造时欠缺节能设计；二是因为企业建造综合实验室居多，为了同时取得多类产品的许可证，将多种测试功能融为一体，测试热泵时就显得“大马拉小车”。
维护少。企业很少对实验室进行维护保养，包括设备的日常巡查点检、电控系统的常规安全检查，制冷机组、泵与风机的除垢、加油，使得实验室设备老化速度快、测试能力衰减。
三、符合煤改电要求的热泵实验室
空气源热泵生产企业要建造符合北京煤改电标准的实验室，其实不难，按照以下配置来做就可以。
3.1 总体条件
制热量测试范围：5～50kW。煤改电招标要求产品制热量大于5kW，而产品标准GB/T 25127.2适用的是小于50kW的机组，所以测试范围可以定为5～50kW。如果企业产品制热量范围小于此，比如只生产3～6匹机组，可以依据实际需求建造。
实验室温度范围：-25℃～40℃。虽然要求产品在-20℃正常运行，但在-20℃到-25℃之间要能正常启动，所以实验室温度下限定为-25℃；由于少数情况下，需要使用制冷功能，所以实验室也能进行制冷测试，环境温度上限定为40℃。
3.2 实验室构成
热泵实验室的主要构成有：
测试间围护结构（含保温库体、合理的送回风结构）；
恒温恒湿系统（含空气循环柜、制冷机组、除湿设备、加热设备、加湿设备），保障测试间里恒温恒湿工况；
空气温湿度采样装置（含取样盒、取样耙、取样风管等），采集空气温湿度参数；
水系统（含水泵、流量计、温度调节阀、恒温水箱、水冷冷水机组、冷却塔等）；
电气调节控制系统（PLC、变频器、调功器、调节表、开关、接触器、稳压电源等）；
参数测量采集系统（温度、压力、流量等各种测量传感器，数据采集器、功率测量仪、电流互感器等）。
图1 热泵实验室原理图
热泵实验室的原理图见图1，下面对实验室主要设备做进一步解释。
1）测试间围护结构
测试间围护结构采用硬质聚氨酯夹心冷库板，双面0.8mm彩钢板或不锈钢。库板厚120mm或150mm，聚氨酯密度39～42kg/m³。底板由于要承重，所以制作时内部预置垫木，用以加大强度，增加承重能力。
底板的上表面预制为3mm厚不锈钢板，既可以防锈（样机测试时常有水流到地上），也可以起到加大底板强度的作用。库板安装时要注意，板与板接合处接触面上一定要打一道密封胶，防止空气渗漏。
2）恒温恒湿系统
恒温恒湿系统的主体设备是空气循环柜，附属设备有：
低噪音循环风机；
非标套片式蒸发盘管、表冷盘管；
不锈钢绕片式电加热管（功率42KW），融霜电加热（功率24kw），两者不同时开，融霜加热是工况温度低于0℃时开启，系统自动切换；
加湿器：不锈钢、电热式（功率36kW），配软化水装置，如果没有软水装置，加湿器的寿命会大大减少；
制冷机组：水冷式压缩冷凝机组（8HP+10HP×2），水冷式机组比风冷式更节能；
3）水系统
水系统主要分成三部分：
冷却水系统，主要有冷却塔、冷却水泵，用于给制冷机组冷凝器侧提供冷却水。
恒温水箱系统，主要有保温水箱（考虑可测试制冷工况，带电加热管48kW，若只测制热工况，电加热18kW即可），水冷冷水机组（5HP×3），水泵。用于给待测样机提供恒温水源。
样机水系统，主要有样机变频水泵、流量计、控温调节阀、水温度压力测量工装。
4）节能系统
节能系统本应归在水系统内的，但这部分不是必需的，所以单独讲。
节能系统的设备主要有板式换热器、表冷器（装在空气循环柜中）、变频乙二醇泵、膨胀水箱，并且要注意板换防冻控制以及防止换热过冲的控制。
节能系统的主要作用是将样机水侧释放的热（冷）量与风侧释放的冷（热）量中和，达到节能的目的。
例如，样机在运行制冷工况时，样机出水经过板换，将冷量传递给板换另一侧的乙二醇溶液，再由乙二醇泵送到表冷器，对样机释放的热风进行冷却，这样就会让水箱侧的电加热少一些投入、让空气循环柜侧的制冷机组少一些投入。制热工况时原理类似。
节能系统需要增加初投资，企业可综合衡量实验室使用频率以作决定。
3.3 实验室用电量
企业非常关注实验室的耗电量，上述实验室在运行50kW上限样机时，总用电负荷约为90～100kW，含样机用电，制热工况与制冷工况差不多。如果实验室带节能系统，则名义制热工况时可节约15～20kW，名义制冷工况时可节约30～35kW。
四、经销商考察生产企业的注意点
经销商在考察空气源热泵生产企业时，关于生产情况、产品工艺质量等，此处不赘述，关于实验室，可以关注以下几点：
看工况制冷机组的压缩机铭牌。对于测试上限为50kW的实验室，要降到-25℃，压缩机总匹数至少26匹；
现场产品测试。可以测一下名义制热COP是否大于2.1，-20℃工况能否长时间运行，-25℃能否正常启动；
观察实验室温度是否真到了-20℃。电控柜上的干球温度PID表上的温度值应该与测试软件上的干球温度测量值一致；请实验员打开测试软件的测点修正界面，看温度测点是否被修正过，修正值太大则不正常；
请实验员打开实验报告的历史记录，查看做实验的频次，若频次高，也能反映出企业对研发、质控的重视。
参考资料
[1] GB/T 25127.2-2010, 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.中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局/中国国家标准化管理委员会 [S].
[2] 北京市2016年农村地区村庄“煤改清洁能源和减煤换煤”相关推进工作指导意见. 北京市社会主义新农村建设领导小组综合办公室, 2016.4.
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