燃气壁挂炉部分负荷热效率测试方法探讨

GB20665-2006中部分负荷热效率测试时只是限定于额定负荷50%下，并未明确具体负荷数值。一般做测试时都是将燃气壁挂炉（下文简称“器具”）设定在最小负荷处，通过调节使其满足测试要求，然后测试其热效率。这样就不可避免地会产生不同厂家的产品是在不同负荷比例下测试热效率的，其结果不具有可比性，没有说服力。50%额定负荷下、40%额定负荷下、30%额定负荷下等情况的热效率的差异是很显然的。而采暖热水炉新国标（暂未颁布）则明确要求在30%额定负荷下测试部分负荷的热效率，将不同产品归到同一条件下，从而具有了可比性，能甄别产品性能的优劣。如何能够在不改变现有产品条件下将器具按照标准要求准确调节或折算到30%额定负荷下进行部分负荷能效测试成了问题，本文以某一机型为例，介绍新国标中部分负荷的直接测试方法2，并示例如何具体操作。
1 测试产品信息
额定输入26.7kW，额定输出24kW，具有自动调节功能，可以随着外界负荷变化自动调节负荷，最小负荷为40%额定负荷；人工可以设定供暖目标出水温度；器具待机时，燃烧器全部熄火，燃气阀关闭，风扇不运转，水泵运转。
2 测试过程
2.1按照标准要求进行安装和连接测试系统（见图1，仅为涉及计算的部分），并将供暖出水温度设定在50℃以上，本次测试设定在51℃，其进出水温度、运行、停止均由器具控制器进行控制。

2.2开始测试，通过减少冷却水流量，使器具在最小负荷处运行。因冷却水量不足以带走器具的输出热量，供暖系统出水温度和回水温度逐渐升高，等供暖出水温度超出设定温度一定数值时，器具将自动待机，这时器具没有热量的输出，而冷却水继续带走供暖系统的热量，供暖系统出水温度和回水温度将逐渐降低，当供暖出水温度降低到设定温度以下一定数值时，器具将自动点火运行，重复上面的过程。
2.3在一个完整过程中，器具运行时基本处于最小负荷40%额定负荷，停止时负荷为零，这样为了折算到30%额定负荷，通过粗调冷却水量，使运行和停止的时间比控制在3：1。在一个过程中，冷却水量越大，系统冷却越快，停止的时间越短，运行的时间越长。
2.4连续运行几个过程，对完整过程进行计算，并微调冷却水量使器具的负荷满足测试要求的30%±1%额定负荷。同时查看完成过程的供暖出水平均温度是否大于50℃，未达到50℃的，上调供暖目标出水温度数值，然后重复上面的实验过程。
2.5对满足30%±1%负荷的连续三个完整过程计算热效率，任何两个偏差不超过0.5%时，结果为此三个过程热效率的平均值，否则结果必须为连续的十个过程热效率的平均值。

3 测试注意点
3.1 记录测试时的室内环境和燃气情况，计算时将燃气折算到基准状态。新国标7.3热输入公式（1）：
(1)
3.2 调节供暖系统的循环流量不低于设计值，使其能充分地带走器具燃烧所产生的热量。例如：本产品设计额定负荷为26.7kW，供暖进出水温差为20℃；40%额定负荷时，供暖进出水温差应为8℃。
3.3 如果使用流量计采集冷却水体积流量进行计算时，请务必采用流量计处的水温所对应的水密度。
3.4 所采用计算的各组数据时间间隔越小越好，以便准确地判断每个过程的启停位置，准确计算每个过程的负荷及相应热效率。本产品测试软件输出数据的时间间隔为10秒，每10秒计算一组这10秒内所采集的各个参数相应的平均值。而实际传感器的采样间隔仅为几毫秒，因软件不是很完善，需要导出数据进行人工判断过程的开始和结束，并进行修正和计算。如果能用传感器采集的数据（几毫秒一组数据）直接进行过程的判断和计算，这样结果更为准确。
3.5 测试装置热损失时，请保持和稳定测试产品时所用的供暖系统循环流量和室内温度。
3.6 冷却水流量和水温的稳定，有利于测试过程的稳定，请尽量减小其波动，以免造成过程与过程之间差异较大，无法满足标准要求。
4 测试装置热损失
在EN483中，部分负荷采暖热效率的3种测试方法是由器具功能差异所产生的。参照EN483，在新国标报批稿中有两个名词“测试装置热损失”和“待机损耗”，它们都是为了修正测试系统的热损失对器具热效率测试结果的影响。如不作修正，测试结果将低于实际热效率。按照新国标报批稿（参照EN483）的规定，测试装置热损失Dp不包括器具自身的散热，测试Dp时直接用电加热组件替代器具，进行下面的步骤。
4.1 设备清单：
电参数综合测试仪1台；
接触式调压器1台；
电加热组件一套（220V 1200W）；
温湿度计1个；
4.2 操作过程：
4.2.1 使用电加热组件替代系统中的器具；
4.2.2 将供暖循环水流量调至30%额定负荷能效测试时的水流量。
4.2.3 将供暖出水温度设定低于30%额定负荷能效测试时的供暖进出水平均温度，使器具一直处于待机状态。本产品待机状态时风机不运转，水泵持续运转。
4.2.4 通过调节电源调压器来控制电加热产生的热量多少，平衡系统的热损失，最终使系统稳定在测试时供暖进出水平均温度处的状态。例如：测试时室温为20℃，供暖出水平均温度51℃，供暖回水平均温度45℃，则供暖进出水平均温度为48℃。测试待机损耗的最终状态为：室温20℃，供暖系统的进回水温度稳定在48℃左右，读取这时的电功率即为系统在测试时的测试装置热损失。
4.3 讨论
部分负荷下采暖热效率的直接测试方法2中，修正的仅是测试装置的热损失，并未考虑到器具自身散热损失，对于本产品待机期间风扇不运转而水泵运转，理论上来讲器具自身的散热热量没有被带到室外，而是散在室内，属于有用热量，是否也应该进行修正？即直接方法2计算公式中的测试装置热损失Dp是否应该是由整个测试系统的损失包含器具自身的热损失来替代。可以通过将电加热组件直接串联到系统中进行测试得到系统的热损失。
5 计算公式如下
(2)
hc——采暖热效率，（%）；
Vr(10)——实测燃气消耗量折算成基准状态(15℃、101.3kPa)下的数值，单位为立方米(m3)；
Hi——试验燃气在基准状态下的低热值的数值，单位为兆焦每立方米(MJ/m3)；
Dp——对应平均出水温度下的测试装置热损失,包括循环泵产生的热量,单位为千焦（kJ）
DMi——每两次测温读数间隔时间段内所对应的水的消耗量，单位为千克（㎏）
t2i——连续测量i时冷却水的出水温度，单位为摄氏度（℃）
t1i——连续测量i时冷却水的进水温度，单位为摄氏度（℃）
当调节完毕，运行条件满足测试标准要求时，因冷却水流量计在板式换热器之前的冷水进水侧，冷却水为恒温水，冷却水密度和流量恒定，故单位时间冷却水质量一定。假设完整一个过程，有n组采集的数据，公式可进行以下推导：

故公式（2）分子可转化为：

DM——完整一个过程n组数据中单组的冷却水消耗质量，单位为千克（㎏）
M——完整一个测试过程的冷却水质量，单位为千克（㎏）
——完整一个测试过程的冷却水出水平均温度，单位为摄氏度（℃）
——完整一个测试过程的冷却水进水平均温度，单位为摄氏度（℃）
6 测试结果

最终测试结果为: (86.18%+85.99%+85.81%)/3=85.99%
注：燃气采暖热水炉国家标准部分负荷热效率直接测试方法2中要求：供暖出水平均温度不低于50℃；冷却水进水温度为20±2℃
7 结语
本文通过一种机型探讨了新国标报批稿中部分负荷热效率测试方法中的直接方法2，并详细说明了在具体测试过程中的一些注意点和比较有效的调节手法。
在EN483中，部分能效测试的3种方法是因为器具功能的差异所产生的，测试系统的误差分析也是需要我们大家共同探讨的问题。我们将在其它文章中对此进行讨论。
燃气壁挂炉作为冬季采暖长期运行热源，其热效率直接关系到壁挂炉是否节能，是否节省采暖费用，也关系到壁挂炉的生存空间。我们希望能和各厂家和检测机构一起正确理解标准要求和掌握标准要求的测试技术，保证和提高壁挂炉的热效性能，改善壁挂炉的节能形象。