商用循环热泵热水器测试装置的标定装置的制作方法

本实用新型涉及一种商用循环热泵热水器测试装置的标定装置，主要用于商用循环热泵热水器测试装置的标定，属于空调及热泵技术领域。

背景技术：

热泵热水器与空调类似，只是传热介质是水、吸收制冷系统冷凝器的热量获得热水。热泵热水器的测试原理是通过测试被测的热泵热水器加热水量及加热时间来计算热泵热水器的制热量。热泵热水器分为四类：一次加热式、商用循环加热式、家用循环加热式和家用静态加热式。目前标准GB/T21362-2008规定的商用循环热泵热水器的测试方法是用标准水箱模拟用户水箱通过管路、水泵连接标准水箱和被测机，测试标准水箱内布置的8个铂电阻平均温度作为测试水温，因为该温度不是在被测机进出口处测得，所以标准要求要在所测得的制热量基础上加上漏热量和水箱的蓄热量作为商用循环热泵热水器的最终制热能力。因此通常为了更准确地获得热泵热水机的制热量，需要用标定装置(又称为校核装置、校验装置)对测试装置进行标定，以获得测试装置的漏热量。

目前标准GB/T 21362-2008规定的商用循环热泵热水器测试装置的标定方法原理如图1所示，为了校核测试装置的漏热量，用标定装置12代替被测机连接到管路中进行测试，8是水泵，10是标准水箱，13是温度计；通过管路将标定装置与标准水箱、水泵连接。按照上述标准的规定，标定装置1可以用电加热器或者其他换热装置。

现有标定装置是由带有保温的电加热器构成，其原理是将标定装置代替被测机进行测试，即热泵热水器会产生热量，而标定装置的加热器也会产生热量，产生的热量都可用于加热水；将标定装置代替被测机连接测试装置，通过测试装置测试标定装置的制热量，将标定装置的加热器输入功率和测试装置所测试到的制热量进行比较，两者之差就是标定得到的测试装置的漏热量。然后按照目前标准GB/T 21362-2008规定的测试方法测试商用循环热泵热水器的性能，运用下式，将上述标定得到的测试装置的漏热量(即下式中的Q_l)输入到公式中，得到最终的制热量。

Q_h＝C×G×(t₂-t₁)/(3600×H×1000)+Q_s+Q_l

式中：

Q_h——热泵热水器制热量，单位：kW；

C——平均温度下水的比热，单位：J/(kg·℃)；

G——被加热水的质量，单位：kg；

t₁——初始水温度，单位：℃；

t₂——终止水温度，单位：℃；

H——加热时间，从试验开始时刻到试验结束时刻的时间，单位：h；

Q_s——标准水箱和管道的蓄热，单位：kW；

Q_l——标准水箱和管道的漏热，单位：kW。

现有标定装置的电加热器的输入功率是固定，不可调的，而实际测试过程中，由于被测机的能力(额定制热量)是变化的，所以当测试不同能力的被测机时，会出现标定装置的电加热器的输入功率与被测机的能力不匹配的情况，此时恒定功率的标定装置的标定结果存在偏差。

技术实现要素：

为了至少解决现有技术中存在的因标定装置的电加热器的输入功率是固定且不可调的而导致的标定结果存在偏差的问题，本实用新型提供了一种商用循环热泵热水器测试装置的标定装置，其包括：标定水箱、加热设备、温度采集模块、功率测试模块和控制模块，其中，

所述标定水箱包括绝热箱体和多个测水温元件，所述绝热箱体用于容纳水，所述测水温元件用于测量所述绝热箱体内的水温；

所述加热设备包括电加热器和功率可调装置，所述电加热器布置于所述绝热箱体内部，用于加热所述绝热箱体容纳的水，所述功率可调装置与所述电加热器连接，用于调节所述电加热器的输入功率以使所述电加热器的输入功率与商用循环热泵热水器的额定制热量一致；

所述温度采集模块分别与所述控制模块、所述测水温元件和测环境温度元件连接，用于实时采集所述测水温元件测得的温度和所述测环境温度元件测得的温度，并传输给所述控制模块，所述测环境温度元件用于测量环境温度；

所述功率测试模块分别与所述控制模块和所述电加热器连接，用于实时测试所述电加热器的实际功率，并传输给所述控制模块；

所述控制模块用于获取所述测试装置的漏热量。

上述标定装置中，作为一种优选实施方式，所述功率可调装置包括：功率调节器；所述功率调节器与所述电加热器串联连接，所述功率调节器以改变所述电加热器两端电压的方式对所述电加热器的输入功率进行调节。更优选地，所述功率可调装置还包括：通断装置；所述功率调节器、所述通断装置和所述电加热器串联连接，所述通断装置以控制多组所述电加热器中每组所述电加热器是否接通加热的方式对多组所述电加热器的输入功率进行调节。

上述标定装置中，作为一种优选实施方式，所述功率可调装置包括：通断装置；所述通断装置与所述电加热器串联连接，所述通断装置以控制多组所述电加热器中每组所述电加热器是否接通加热的方式对多组所述电加热器的输入功率进行调节。更优选地，所述通断装置的数量与所述电加热器的组数相同，每个所述通断装置一一对应地控制每组所述电加热器是否接通加热。

上述标定装置中，作为一种优选实施方式，所述控制模块还与所述功率可调装置连接，用于发送调节指令，所述调节指令用于指示所述功率可调装置控制所述电加热器的输入功率以使所述电加热器的输入功率与商用循环热泵热水器的额定制热量一致。

上述标定装置中，作为一种优选实施方式，在所述绝热箱体的1/4高度、2/4高度和3/4高度处分别布置有测水温元件。

与现有技术相比，本实用新型的标定装置的加热功率可调。目前的标定装置的加热设备的功率是固定的，不可调，而被测热泵热水器的能力却是变化的，当标定装置的功率与被测机能力不匹配时，测试结果不准确。本实用新型的标定装置的加热设备的加热功率是可调的，提高了测试结果的准确性。

附图说明

图1为GB/T 21362-2008规定的热泵热水器测试装置的标定方法示意图；

图2为本实用新型优选实施例中的商用循环热泵热水器测试装置的标定装置示意图。

其中，1-标定水箱，2-测水温元件，3-电加热器，4-功率调节器，5-温度采集模块，6-通断装置，7-控制模块，8-水泵，9-测环境温度元件，10-标准水箱，11-功率测试模块，12-标定装置，13-温度计。

具体实施方式

以下结合附图通过实施例对本实用新型的技术方案作进一步详细说明。

本实用新型提供了一种商用循环热泵热水器测试装置的标定装置，参见图2，标定装置12包括：标定水箱1、加热设备、温度采集模块5、功率测试模块11和控制模块7，下面对以上部件一一进行说明。为了描述方便，下文中将商用循环热泵热水器测试装置以测试装置简称，将商用循环热泵热水器以被测机简称进行说明。

标定水箱1包括：绝热箱体和多个测水温元件2。绝热箱体用于容纳水，作为对水进行加热处理的场所。测水温元件2用于测量绝热箱体内的水温，布置于绝热箱体内，其可以是铂电阻等常用元件。为了更准确的测定绝热箱体内的水温，测水温元件2应尽可能均匀地布置于绝热箱体内部。在本实用新型的实施例中，沿着绝热箱体的高度h均匀布置铂电阻，具体而言，铂电阻沿着绝热箱体的1/4h、1/2h和3/4h三个水平面布置，每个水平面的内部均匀布置4根铂电阻，共12根铂电阻，12根铂电阻测得的温度的平均值即水温。

加热设备包括电加热器3和功率可调装置。电加热器3布置于绝热箱体内部，用于加热绝热箱体容纳的水，其采用直接加热方式加热，可以用于加热静止的水，如加热绝热箱体容纳的定量的水，还可以用于加热流动的水，如流动水进入绝热箱体内，经加热后，再从绝热箱体中排出。电加热器3可以为加热管。功率可调装置与电加热器3连接，用于调节电加热器3的输入功率以使其与商用循环热泵热水器(被测机)的额定制热量一致。

温度采集模块5分别与控制模块7、测水温元件2和测环境温度元件9连接，用于实时采集测水温元件2与测环境温度元件9测得的温度，并将采集的数据传输到控制模块7。测环境温度元件9用于测量环境温度。

功率测试模块11分别与控制模块7和电加热器3(比如具体可与电加热器3的供电电源连接RST，参见图2)连接，用于实时测试电加热器3的实际功率，并将测试的数据传输到控制模块7。

控制模块7用于获取测试装置的漏热量，其获取测试装置的漏热量的方法可以是：现有技术中提到的标定装置的电加热器输入功率和测试装置所测试到的制热量两者之差。

本实用新型通过设置功率可调装置以对标定装置的电加热器3的输入功率进行调节，使得标定装置的电加热器3的输入功率能与被测机的不同能力相匹配，进而可以准确地测试测试装置的漏热量，从而可以准确地测试被测机的总制热量。

功率可调装置包括：功率调节器4。功率调节器4与电加热器3串联连接，功率调节器4以改变电加热器3两端电压的方式对电加热器3的输入功率进行调节。实际中，功率调节器4可以为可控硅输出模块和脉宽调制模块，可控硅输出模块与电加热器3串联连接，脉宽调制模块的输出端与可控硅输出模块的控制极连接，脉宽控制模块的输入端用于接收控制模块7发出的调节指令。可控硅输出模块的控制极不加电压时截止，电加热器3不通过380V交流电；可控硅输出模块的控制极加电压时导通，电加热器3通过380V交流电。脉宽控制模块输出的占空比(或称输出比例)为1时，电加热器3全功率(即以额定功率)投入，小于1时，以相应电加热器3全功率的百分比投入。应用时，控制模块7根据被测机的额定制热量和电加热器3的额定功率计算得到占空比的大概值(即调节指令)，并将控制信号发送给功率调节器4，脉宽控制模块接收该占空比后，根据该占空比控制输出。功率测试模块11将实际测量值发送给控制模块7，控制模块7根据实测值调整占空比值，并发送给功率调节器4。功率调节器4的个数与电加热器3的组数相同，即多个功率调节器4对多组电加热器的入功率进行一一对应地调节。

为了更加精确地控制电加热器3的输入功率，功率可调装置还包括：通断装置6，其通过控制多组电加热器3中的每组电加热器是否接通加热的方式对多组电加热器3的输入功率进行调节，即控制电加热器3工作的组数，通断装置6的数量优选为与电加热器3的组数一致，每个通断装置6控制与其对应的一组电加热器3是否接通加热，此时功率可调装置包括功率调节器4和通断装置6。实际中，通断装置6可以为继电器。继电器闭合时，与继电器对应的电加热器3投入工作，开始加热；继电器敞开时，与继电器对应的电加热器3不投入工作，停止加热。

具体而言，测试者根据被测机的额定制热量和电加热器的额定功率得到所需组数的调节指令，给调节指令用于指示通断装置6接通所需的一组或几组电加热器3，如电加热器的数量为5组，每组的输入功率20kW，共100kW，设定的加热量是30kW，则测试者通过对通断装置的闭合或敞开控制指示某两组电加热器投入工作，这时通断装置控制该两组电加热器接通，其余断开；该两组加热器投入工作后，因为要达到30kW，而全部投入工作是40kW，所以测试者按照40kW应该调整到多少合适输出比例给功率调节器4发送指令，即功率调节器4在接收到电加热器3工作的组数后调整电加热器3的输出比例使投入工作的电加热器的输入功率与测试机的额定制热量一致。实际中，功率调节器4所能够达到的最小调节比例(即最小调节能力)是固定的；比如，如果未采用通断装置6，那么只能通过功率调节器4调节控制电加热器(如100kW)的输入功率，假设希望调节到20kW，而功率调节器4的最小调节能力是1％，即最小能够调节的是±1kW，那么偏差是(1/20)×％＝5％；而如果采用通断装置6，则与其对应的一组电加热器可以是额定功率较小的加热器(如30kW)，接通该电加热器3并通过功率调节器4来调节到目标输入功率20kW，而功率调节器4的最小调节能力是1％，则最小能够调节的是±0.3kW，那么偏差仅为(0.3/20)×％＝1.5％，所以说通过通断装置6更加精确地控制电加热器3的输入功率。

在其他的实施例中，功率可调装置包括：通断装置6，其以控制多组电加热器3中的每组电加热器3是否接通加热的方式对多组电加热器3的输入功率进行调节，即控制电加热器3工作的组数。应用时，测试者根据被测机的额定制热量和电加热器3的额定功率得到电加热器3所需接通加热的组数(即所需组数的调节指令)。如电加热器3的组数为4组，每组电加热器3的额定功率相同均为20kW，为每组电加热器3串联连接一个继电器，共4个继电器，额定制热量为60kW，则电加热器3所需接通的组数为3组，控制3组电加热器3对应的继电器闭合，另外一组电加热器3敞开即可，本实施例对继电器与多组电加热器3的连接方式不进行限定。

为了提高功率可调装置控制的自动化程度，控制模块7还用于向功率可调装置发出调节指令，该调节指令用于指示功率可调装置对电加热器3的输入功率进行调节以使电加热器3的输入功率与额定制热量一致。具体地，控制模块7根据被测机的额定制热量和电加热器3的额定功率得到调节指令，然后发送给功率可调装置。

下面对标定装置的制热量Q₀的获取过程进行详细说明。

标定时，将标定装置12代替被测机(即商用循环热泵热水器)连接到测试装置中，即用标定水箱1和电加热器替代了被测机在测试装置中的位置，用电加热器3替代被测机加热介质水。将环境温度调节并控制至预设环境温度，向测试装置注入定量的恒温水，然后启动标定装置12及测试装置的水泵8等，开始运行。控制模块7以被测机的额定制热量为电加热器3的设定值控制电加热器3的输出功率。在电加热器3的工作下，水温逐渐升高，水温取自标准水箱10自带的8根铂电阻的平均温度，记录水温达到某值(比如15℃)的时刻作为试验开始时刻，记录水温达到另一值(比如55℃)的时刻作为试验结束时刻。试验开始时刻的水温(即设定初始温度)和试验结束时刻的水温(设定结束温度)可以依据国家标准GB/T 21362-2008中的相关规定，如对于普通型热泵热水器，设定初始温度为15℃，设定结束温度为55℃；对于低温型热泵热水器，设定初始温度为9℃，设定结束温度为55℃。依据国家标准GB/T 21362-2008，用下述公式计算标定装置12的制热量Q₀，Q₀＝C×G×(t₂-t₁)/(3600×H×1000)，式中：Q₀为标定装置12的制热量，单位为kW；C为平均温度下水的比热，单位为J/(kg·℃)，该平均温度是指初始水温度和结束水温度的平均温度；G为被加热水的质量，单位为kg；t₁为初始水温度，单位为℃；t₂为结束水温度，单位为℃；H为加热时间，从试验开始时刻到试验结束时刻的时间，单位为h。恒温水的定量(即注水量)可以通过以下公式算出：根据公式q_v＝0.86×Q_n/5计算水泵8的循环水流量，式中：q_v为循环水流量，单位为m³/h；Q_n为商用循环热泵热水器名义制热量(即额定制热量，也即标定装置12的加热设备工作的设定值)，单位为kW。再根据公式：注水量＝Q_n×3600×1000/(C×(55-15))计算测试装置的注水量，式中：C为水的比热，单位为J/(kg·℃)，55为设定结束温度值，15为设定初始温度值。测试装置的蓄热量Q_s的获取也可参见前述标准。所计算的标定装置的制热量Q₀减去电加热器输入功率，再减去测试装置蓄热量Q_s，即为这个商用循环热泵热水器测试系统的漏热量Q_l。

在获取测试装置的漏热量Q_l后，可以计算被测机的总制热量Q_h时，具体公式如下：Q_h＝Q₀+Q_s+Q_l＝C×G×(t₂-t₁)/(3600×H×1000)+Q_s+Q_l；该式中的Q₀为被测机的制热量，即测试装置中由被测机加热介质水产生的制热量。

实施例1

本实施例中，标定装置12的电加热器3由5组20kW的加热管组成，每组加热管连接UT550(即功率调节器4)和固态继电器SSR(即通断装置6)。如所需标定的被测机的额定制热量是55kW，根据所需的热量，控制模块7的软件将自动计算所需投入的加热器组件，本实施例中，需要3组加热管的SSR接通、2组加热管的SSR断开，UT550自动调节3组加热器的输出比例，最小分辨率可以达到1％，所以可以精确地控制电加热器3的投入为55kW。

分别在沿标定水箱1高度h的1/4h、1/2h和3/4h三个水平面，每个水平面的内部均匀布置4根铂电阻，共12根铂电阻，用于测试标定装置12的温度，即标定水箱1中的水温。温度采集模块5实时采集标定水箱1中12根铂电阻的温度。

(一)开始进行商用循环加热式热泵热水器测试装置的标定测试试验。

将标定装置12如图2所示代替被测机连接到测试装置中。根据下式计算水泵8的循环水流量，经计算得到本实施例中的循环水流量为9.46m³/h。

q_v＝0.86×Q_n/5

式中：

q_v——循环水流量，单位：m³/h；

Q_n——热泵热水器名义制热量，单位：kW。

根据下式计算测试装置的注水量，根据下式计算得标准水箱10内的注水量应为1184kg。

注水量＝Q_n×3600×1000/(C×(55-15))

式中：C——平均温度下水的比热，单位：J/(kg·℃)。

首先向系统注入1184kg的恒温水，水的温度低于15℃(本实施例中恒温水的温度为10℃)，然后启动标定装置12及测试系统的水泵8等，开始运行。在标定装置12的电加热器3的工作下，水温逐渐升高，水温取自标准水箱10自带的8根铂电阻的平均温度，记录水温达到15℃的时刻作为试验开始时刻，记录水温达到55℃的时刻作为试验结束时刻。依据标准GB/T21362-2008，用下式计算标定装置12的制热量Q₀：

Q₀＝C×G×(t₂-t₁)/(3600×H×1000)

式中：

Q₀——标定装置12的制热量，单位：kW；

C——平均温度下水的比热，单位：J/(kg·℃)，该平均温度是指初始水温度和终止水温度的平均温度；

G——被加热水的质量，单位：kg；

t₁——初始水温度，单位：℃；

t₂——终止水温度，单位：℃；

H——加热时间，从试验开始时刻到试验结束时刻的时间，单位：h。

经测试，初始水温t₁是15.03℃，终止水温t₂是55.12℃，加热时间H是1.18h；将上述数值和C＝4.18×1000J/(kg·℃)代入上式，算得标定装置的制热量Q₀＝C×1184×(55.12-15.03)/(3600×1.18×1000)＝46.71kW。

在试验开始时刻到试验结束时刻，根据标定装置12自带的功率计测试及记录，标定装置12的平均功率(即加热设备的实际输入功率)P_输入是52.3kW。另外，经计算，测试装置(包括标准水箱和管道)的蓄热量Q_s是0.62kW。则可以根据下式计算得到测试装置的漏热量Q₁。

测试装置的漏热量Q₁＝电加热器的输入功率P_输入-标定装置的制热量Q₀-测试装置的蓄热量Q_s

具体地，本实施例中测试装置的漏热量Q₁＝52.3-46.71-0.62＝4.97kW。

所以标定装置的标定结果是此次测试装置的漏热量是4.97kW。

(二)开始正式地进行商用循环加热式热泵热水器制热量测试试验。

按照上述第(一)部分的方法进行试验，只是将标定装置替换为待测机。测得的热泵热水器的制热量为46.44KW。则标定后的热泵热水器制热量，即热泵热水器总的制热量Q_h＝46.44+Q_s+Q_l＝46.44+0.62+4.97＝52.03kW。

以上实施例仅为本实用新型其中的一种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。