燃氣熱水器的ErP生態設計要求分析

張師林 張明偉 戴奕藝 戴書生

國家燃氣用具產品質量監督檢驗中心（佛山）

前言：歐盟國家為了更全面的評價燃氣熱水器的能耗及對環境的影響，于2013年發布了關于熱水器ErP生態設計要求的法規 (EU)No 814/2013及能效標簽法規 (EU) No 812/2013，其中(EU) No 814/2013將產品在生命周期內對環境的影響考慮在內提出了生態設計（Eco-design，簡稱Eco設計）的要求；(EU) No 812/2013則對能效標識作出了新的技術要求。

在燃氣熱水器標準中增加了與Eco設計和能效標識相關的技術要求，對Eco設計的技術要求和能效標識的規定體現在以下幾個方面：能源效率、聲功率等級、NOx排放。本文將對以上內容進行細致的分析。

一、家用燃氣熱水器Eco設計的要求

（一）燃氣熱水器Eco設計所引用到的標準、法規，詳見表1。其中EN13203-1：2015和EN13203-2:2015為測試方法標準。

表1 燃氣熱水器Eco設計引用標準、法規[1-5]

（二）熱水器能源效率

根據生態設計法規（EU）NO 814/2013規定，熱水器能源效率應不低于限定值，詳見表 2。

表2 熱水器能源效率限定值

第三階段（2018 年 9月 26 日后）所有 — — — — — — —60%64%64%

熱水器能源效率的評估，第一步確定生活熱水負載模式，第二步計算燃氣能源消耗量、智能控制、電能消耗量和環境條件等因素，最后計算能源效率值。

1.負載模式

負載模式按(EU) No 812-2013和EN13203-2:2015中規定的出水量確定。按照用水量大小的不同，負載模式從小到大可分為10個等級，分別是3XS、XXS、XS、S、M、L、XL、XXL、3XL、4XL，詳見表3。標稱的生活熱水負載模式等級不應超過實測的生活熱水負載模式等級。

對流量和溫度的要求基于冷熱水混合，在初始調整條件下，設備本身產生最低溫升為45K的水，滿足EN 13203-2：2015中表1至表7中的要求，將設備產生的熱水與10℃的冷水混合并使用公式（1）重新計算。

Dmin表示每個測試周期中對應溫差ΔTd的最小設置流量，單位l/min；Duseful(ΔT)表示根據表1至表7的有效水量,單位l/min；ΔTd表示最小設置溫差為45K時的熱水溫差，單位K；ΔTuseful表示達到的溫升與根據表1至表7確定最小溫升之間的較高值，單位K。

熱水器產水中所含的熱量QH2O可以通過公式（2）積分求和計算得出，單位kWh。

其中n表示熱水排放次數；Di表示每次的熱水水量，單位l/min；ΔTi(t)表示每個周期水溫升，單位K；tj表示熱水持續排放時間；cw表示水的比熱容，等于1.163·10-3，單位 kWh/l.K。

表3 負載模式分類表

2.日間能源消耗量

對僅以燃氣為能源的熱水器來說，僅需計算夏季模式下能源消耗量Qgas，S，按公式（3）計算，單位kWh。

其中，Vg表示在相應負載模式下實測的燃氣消耗量，單位m3；NCV表示燃氣低熱值（基準狀態15℃，101.325kPa），單位kWh/m3；QH2O表示在相應負載模式下實測的熱水熱輸出，單位kWh； Qref表示在相應負載模式下標稱熱水輸出，見表3，單位kWh； K表示燃氣修正系數，K按公式（4）計算。

公式中pa表示大氣壓力，單位mbar； pg表示燃氣流量計內壓力，單位mbar；Tg表示燃氣溫度，單位℃。

3.日間耗電量

熱水器在某一負載模式下運行24小時所使用的修正后的日間耗電量Qelec， 應以公式（5）計算，單位kWh。

其中Qelecmes表示為實際測試的耗電量，單位kWh。

4.熱水器能源效率

熱水器能源效率ηwh計算使用高熱值（GCV）并需把消耗的電能折算成基礎能源包含在內。

對不帶有智能控制器的器具，ηwh按公式（6）計算。

對于裝有智能控制器的器具，ηwh按公式（7）計算。

Qfuel表示在標稱的負荷模式連續工作24小時消耗的燃氣能源，按高熱值（GCV）計算，單位kWh，可按公式（8）由Qgas，p轉換得出。

其中，GCV表示燃氣高熱值（基準狀態15℃，101.325kPa），單位kWh/m3；NCV表示燃氣低熱值（基準狀態15℃，101.325kPa）單位kWh/m3。

CC為換算系數，反映歐盟平均發電效率的換算系數，CC=2.5。

SCF為智能控制因數，為使用智能控制所獲得的熱水能源效率，可按(EU) No 814-2013中附錄4公式（9）計算。

其中，Qfuel，week，smart為在智能控制下每周耗氣量，按高熱值（GCV）計算，單位kWh；Qelec，week，smart表示在智能控制下每周耗電量，單位kWh；Qfuel，week表示未在智能控制下每周消耗的燃氣，按高熱值（GCV）計算，單位kWh；Qelec，week表示沒有智能控制下每周消耗的電能，單位kWh。

smart表示智能控制因數，當裝有智能控制器時等于1，否則等于0。

Qcor表示環境修正系數，按公式（10）計算，單位kWh。

表4 各負載模式下k值

計算可知，在負載模式為XXL至4XL時，Qcor等于0。

Smart為智能控制系數，當裝有智能控制器時等于1，否則等于0。

（三）聲功率限定值

按照（EU）NO 814/2013規定，從2015年9月26日起，熱水器的聲功率等級應符合表5規定，同時實際測試值應不超過聲稱值2dB。

表5 熱水器聲功率等級

（四）氮氧化物（NOX）排放限定值

自2018年9月26日起，燃氣熱水器的氮氧化物（NOX）排放在基于高熱值（GCV）計算方法下，不應超過56mg/kWh。

1.測試綜述

對使用第二類氣體的熱水器，試驗采用基準氣G20進行；對于僅使用G25的熱水器，使用基準氣G25進行試驗；對僅使用第三類氣體的熱水器，使用基準氣G30進行測試且極限氮氧化物限定值應乘以系數1.30；對于僅使用丙烷的熱水器，使用基準氣G31進行測試且氮氧化物限定值應乘以系數1.20。

測試時，熱水器應被安裝在自由通風的實驗室，實驗室的基準條件如下：溫度—20℃；空氣相對濕度—10g H2O/kg 。

若試驗條件與這些參考條件不同，則有必要校正NOx值，單位mg/kWh 。如下公式：

其中，NOx,m表示在濕度hm和溫度Tm條件下測試的NOx，測試值范圍為（50-300）mg/kWh ；hm表示測試時相對濕度，范圍為（5-15）g/kg；Tm表示測試時室溫，室溫范圍為（15-25）℃。

2.加權計算

測量值的權重因子見表7。

表6 權重因子

其中，Qmin表示最小調節熱輸入，單位kW；Qn—額定熱輸入，單位kW；

Qpi—用于加權的部分熱輸入，以Qn的百分比表示；Fpi—部分熱輸入Qpi對應的加權因子；NOx,pond，NOx濃度的加權值，單位mg/kWh ；NOx,mes—對應于各個熱輸入時的NOx測量值（以及可能的校正值），單位mg/kWh 。

（1）固定熱輸出的熱水器的NOx濃度直接在額定熱輸出時測試即可,按下式計算。

（2）可調節熱輸出的熱水器，按下式計算。

若Qmin超過0.5Qn倍，可按下式計算

（3）可自動調節熱輸出的熱水器，按下式計算。

二、燃氣熱水器能效標識要求

在新修訂的燃氣熱水器EN 26：2015 中，為符合No 812-2013對能效標識及相關技術文件的要求，增加了如下技術參數，分別是：年度燃氣消耗量、年度耗電量、熱水聲功率等級、熱水器能源效率等級。

（一）年度燃氣消耗量

熱水器年度燃氣消耗量AFC使用高熱值（GCV）計算，按公式（16）計算，單位GJ。

對燃氣熱水器來說，Dw表示熱水器在冬季模式下工作天數，值為200,Ds表示熱水器在夏季模式下工作天數，值為165。

（二）年度耗電量

熱水器年度耗電量AEC按公式（17）計算，單位kWh。

Dw,Ds等參數按上文定義。

（三）能源效率等級

根據(EU) No 812-2013附錄Ⅱ規定，熱水器能源效率等級按表7分類。

（四）能效標識

能效標識法規No 812-2013附錄Ⅲ中規定燃氣熱水器能效標識樣式，見圖1和圖2。標識包含內容：位置Ⅰ—供應商名稱和商標；位置Ⅱ—產品型號；位置Ⅲ—產品功能包括負載模式；位置Ⅳ—能源效率等級；位置Ⅴ—年度耗電量、年度燃氣消耗量；位置Ⅵ—聲功率等級；位置Ⅶ—只能在高峰時段運行的熱水器。對比圖1和圖2可知，熱水器能源效率等級的下限，從2015年的等級G提高到等級2017年的等級F；而上限則從等級A提高到A+ 。

圖1 效率等級A至G級能效標識

圖2 效率等級A+至F級能效標識

表7 熱水器能源效率等級

三、結語

本文詳細分析了燃氣熱水器標準EN26：2015中關于ErP生態設計的相關要求。從文中可知歐盟國家對燃氣熱水器設計、制造及測試提出了更高的要求，反映了歐盟國家對節能減排及環境保護的重視，對于我國標準制定、修訂的部門及環保部門具有重要的借鑒意義。鑒于篇幅所限及作者對標準淺薄的理解，若有欠妥或謬誤之處，敬請不吝賜教。