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中华人民共和国国家标准

空气源热泵辅助的太阳能热水系统

(储水箱容积大于0．6m³)技术规范

Specification of solar water heating systems assisted with air-source heat pump
(for capacity of water tank more than 0．6m³)

GB／T 26973-2011

2011-09-29发布 2012-08-01实施

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             发布

前 言

    本标准按照GB／T 1．1-2009给出的规则起草。
    本标准由全国太阳能标准化技术委员会(SAC／TC 402)提出并归口。
    本标准负责起草单位：云南师范大学太阳能研究所、浙江豪瓦特节能科技有限公司、江苏太阳宝新能源有限公司、深圳嘉普通太阳能有限公司、江苏桑夏太阳能产业有限公司、广州德能热源设备有限公司、广东五星太阳能有限公司、东莞市科阳节能设备科技有限公司、江苏省华扬太阳能有限公司、滁州扬子新材料科技有限公司、云南一通太阳能科技有限公司、浙江无限新能源股份有限公司、云南东方红节能设备工程有限公司、嘉兴市同济阳光新能源有限公司、昆明现代阳光太阳能有限公司、云南中建博能工程技术有限公司、中国标准化研究院。
    本标准参加起草单位：云南玉溪太标太阳能设备有限公司、陕西通大科技能源有限公司。
    本标准起草人：谌学先、霍志臣、贾铁鹰、韩广田、刘学真、赵峰、马永德、杨林岐、文国全、黄永伟、周长乐、李永泉、方昭敏、王天伦、殷建平、赵青东、王卫民、兰青、王忠建。

1 范围

    本标准规定了空气源热泵辅助的太阳能热水系统的定义、符号和单位、组成与分类、设计要求、技术要求、试验方法、施工安装要求、试运行与验收、文件编制等技术规范。

    本标准适用于利用空气源热泵辅助的太阳能热水系统(储水箱容积大于0．6m³)。

2 规范性引用文件

    下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件。
    GB／T 6424 平板型太阳能集热器
    GB／T 12936 太阳能热利用术语
    GB／T 17581 真空管型太阳能集热器
    GB／T 18713 太阳热水系统设计、安装及工程验收技术规范
    GB／T 20095 太阳热水系统性能评定规范
    GB／T 21362 商业或工业用及类似用途的热泵热水机
    GB／T 23137 家用和类似用途热泵热水器

3 术语和定义

    GB／T 12936、GB／T 20095、GB／T 21362、GB／T 23137界定的以及下列术语和定义适用于本文件。

3．1
    空气源热泵辅助的太阳能热水系统 solar water heating systems assisted with air-source heat pump
    在不低于17MJ／m²的太阳辐照条件下，系统所产热水温升不低于25℃的有用得热量中，由空气源热泵辅助加热的得热量不超过50％的太阳能热水系统。

3．2
    空气源热泵热水机 air-source heat pump water heater
    一种采用电动机驱动，蒸气压缩制冷循环，将低品位热源(空气)的热量转移到被加热的水中用以制取热水的设备。

3．3
    辅助及附加电能 auxiliary and parasitic energy
    系统中，空气源热泵辅助加热以及泵、控制器等电器所消耗的电能。单位为兆焦[耳](MJ)。

3．4
    系统综合热性能系数(OTPC) overall thermal performance coefficient
    在规定的试验工况下，空气源热泵辅助的太阳能热水系统得热量与辅助和附加电能之比。无量纲。

4 符号与单位

    本标准使用的符号和单位如下所示。

    c_pw    水的比热容，单位为千焦耳每千克摄氏度[kJ／(kg·℃)]；
    E₀     热性能试验期间系统消耗的辅助及附加电能，单位为兆焦[耳](MJ)；
    H      太阳集热器采光口所在平面的日太阳辐照量，单位为兆焦耳每平方米(MJ／m²)；
    n      空气源热泵辅助的太阳能热水系统储水箱数量；
    OTPC   空气源热泵辅助的太阳能热水系统的综合热性能系数，无量纲；
    ρ_w    水的密度，单位为千克每立方米(kg／m³)；
    Q_i     热性能试验期间，第i个储水箱中被加热水的得热量，单位为兆焦[耳](MJ)；
    t_a     太阳能集热器周围的环境空气温度，单位为摄氏度(℃)；
    t_b     分系统升温性能试验开始时储水箱中水的平均温度，单位为摄氏度(℃)；
    t_bi    系统综合热性能试验开始时第i个储水箱中水的平均温度，单位为摄氏度(℃)；
    t_c     热性能试验时的冷水温度，单位为摄氏度(℃)；
    t_e     分系统升温性能试验结束时储水箱中水的平均温度，单位为摄氏度(℃)；
    t_ei    系统综合热性能试验结束时第i个储水箱中水的平均温度，单位为摄氏度(℃)；
    △t_ebi 系统综合热性能试验期间，第i个储水箱中被加热水的温升值，单位为摄氏度(℃)；
    △t₁₇  日太阳辐照量为17MJ／m²时，储水箱中水的温升值，单位为摄氏度(℃)；
    △t₅   热泵加热5h时，储水箱中水的温升值，单位为摄氏度(℃)；
    V_si    第i个储水箱内的实验水量，单位为立方米(m³)。

5 系统的组成与分类

5．1 系统的组成

5．1．1 空气源热泵辅助的太阳能热水系统的基本组成
    空气源热泵辅助的太阳能热水系统由太阳能分系统、空气源热泵分系统、换热装置、热水储存装置、热水供应部分、控制部分等组成。

5．1．2 太阳能集热分系统
    由太阳能集热器、上下循环管、水泵等组成并与热水储存装置连通的水路循环系统，用于接收太阳能并转换输出热能的系统。

5．1．3 空气源热泵加热分系统
    由空气源热泵热水机和其他部件组成，用于将低品位空气热源的热量转移输出热能的系统。

5．1．4 换热装置
    如果太阳能集热分系统或空气源热泵加热分系统不是直接加热储水箱中的水，则需要由工质将系统输出的热能交换到储水箱中，由换热器和其他部件组成。

5．1．5 热水储存装置
    由容器和其他部件组成，用于储存热水。

5．1．6 热水供应部分
    从热水储存系统取水供应到用水处，主要由管路组成。

5．1．7 控制部分
    为实现系统功能，对系统的运行进行控制的部分。

5．2 系统的分类

5．2．1 太阳能集热分系统分类与特征
    按储水箱内水被加热的方式、系统流动工质的流动方式、系统传热工质与大气相通状况3种特征进行分类，特征按GB／T 20095规定。

5．2．2 空气源热泵加热分系统分类与特征
    按GB／T 21362、GB／T 23137分类与特征。

5．2．3 热水储存装置分类与特征
    按储水箱的数量将热水储存装置分为单水箱和多水箱等多种类型。以单水箱为例：
    单水箱热水储存装置是指空气源热泵加热、太阳能加热、储存热水以及系统供热取水都共用同一水箱的热水储存装置，如图1所示。空气源热泵加热、太阳能加热一般采用循环加热方式。

5．2．4 热水供应部分分类与特征
    按热水取水方式不同分为顶水式和落水式，按GB／T 18713分类与特征。

6 设计要求

6．1 总体要求

6．1．1 系统安装地点的基本情况
    系统部件应适宜安装地点的环境条件，如：太阳辐射资源，环境温度，自然条件等。
    系统应满足客户用水需求，如：日用水量，用水方式、温度、流量、位置、时间等。
    系统根据场地面积、形状、遮挡等设计，安装应符合建筑物承载能力。
    系统安装地点的水电供应情况应能满足系统的正常运行。

6．1．2 确定系统运行方式
    太阳能热水系统的运行方式应根据用户基本条件、使用需求以及集热器与储水箱的相对安装位置等因素综合加以确定，可按GB／T 18713推荐的方式选取。

6．2 太阳能集热分系统

6．2．1 确定集热器类型
    集热器类型应根据太阳能热水系统在一年中的运行时间、运行期间最低环境温度、水源供水压力等因素确定，可按GB／T 18713推荐的类型选取。

6．2．2 确定集热器安装面积
    集热面积应根据系统安装场地面积、形状、遮挡等因素确定，如果安装场地满足安装日均用水量所需要的集热器，集热器安装面积可按GB／T 18713中推荐的计算方式确定。如果安装场地不能满足安装日均用水量所需要的集热器，则根据系统安装场地面积、形状、遮挡等因素确定所能安装的集热器最大面积，提供客户并于合同中明示。

6．2．3 确定集热器安装位置
    集热器面向正南±30°。集热器阵列、管路、倾角、遮挡等按GB／T 18713中规定设计。

6．3 空气源热泵加热分系统

6．3．1 确定空气源热泵类型
    空气源热泵辅助的太阳能热水系统选用的空气源热泵应满足GB／T 21362中使用环境的要求。

6．3．2 确定空气源热泵功率
    可根据储水箱容量、客户用水情况、客户经费预算、安装地点的气候条件等因素综合考虑空气源热泵的配置，但须保证阴雨天满足用户用水的需要。

6．3．3 确定空气源热泵的位置
    空气源热泵安装位置的大小必须使设备的安装处在良好的条件，必须保持良好的自然通风，勿安装在油烟、灰尘较多的地方。安装在地下室等自然通风不良处的机组须增加有效地机械通风。
    空气源热泵出风口应避开当地主导风向。空气源热泵进排风口与周围建筑物应保留一定的空间，条件不允许时，须安装排风引导管。
    空气源热泵及其管道周围的空隙必须足以进行常规维护、管道连接处的检查和泄漏修理。位于通道和永久工作地点之上的设备，其间需留有足够的空间。
    必须防止机器或维护物外部管道的意外损坏。

6．3．4 确定空气源热泵的连接
    连接管线对人员不得存在危险，对非操作人员易进入的地方不得有可拆卸的连接和阀门。
    连接管道必须具有足够的强度以承受允许压力，其安装位置尽量减少振动和腐蚀。

6．4 换热装置

6．4．1 确定换热器类型
    空气源热泵辅助的太阳能热水系统可直接加热储水箱中的水，也可通过换热器间接加热储水箱中的水。
    换热器的设计或选取可参照有关设计规范或厂商说明。可采用位于储水箱内的单循环换热器，也可选用双循环外部换热器。

6．4．2 选用换热器
    换热器应与传热工质有较好的相容性，以免对水产生二次污染。
    换热器材料宜选用与储水箱内桶材质相同的材料。
    如果系统用在水硬度较高的地区并且水温高于60℃，换热器应有防垢措施或采取适当的清垢方法。
    太阳能集热分系统采用间接循环方式时，换热器不应明显降低集热效率。应符合GB／T 18713的要求。

6．4．3 确定换热器的连接方式
    系统中的换热器一般应按逆流方式连接，储水箱内的单循环换热器位于高处的进口与系统高温管路相连，位于低处的出口与低温管路相连。

6．4．4 确定防过热系统
    换热装置应设计防过热系统，防止高温过热引起系统损坏。

6．5 储热装置

储热装置可选用一个储水箱，也可选用多个储水箱，其容量、结构、安装位置等按GB／T 18713中规定设计。

6．6 热水供应部分

6．6．1 确定取热水方式
    取热水方式可采用顶水法、落水法或其他方法，其管路按GB／T 18713中规定设计。

6．6．2 回水措施
    当用户有不排放管路存余冷水即可使用热水的要求时，应增加管路循环回水系统。

6．7 控制系统

6．7．1 确定控制功能
    控制系统功能应完全符合系统的自动控制要求。

6．7．2 确定控制系统
    温控系统应能实现温度、水位、压力、流量的控制功能，以实现和保证各子系统的正常工作。
    集热器用温度、压力、流量传感器应能承受集热器的最高空晒温度，储水箱用温度、水位、压力、流量传感器应符合GB／T 18713要求。

7 技术要求

   空气源热泵辅助的太阳能热水系统技术要求应符合表1的规定。

.

8 试验方法

8．1 参数测量

8．1．1 测量仪表
    检测仪表应符合以下要求：
    a) 应使用一级日射表测量太阳辐照量；
    b) 测量环境温度的温度仪表准确度应为±0．5℃，测量水温的温度仪表的准确度应为±0．2℃；
    c) 测量空气流速的风速仪的准确度应为±0．5m／s；
    d) 计时钟表的准确度应为±0．2％；
    e) 测量水体积的仪表的准确度应为±1．0％；
    f) 测量长度的钢卷尺或钢板尺的准确度应为±1．0％；
    g) 测量压力的仪表的准确度应为±5．0％；
    h) 测量系统辅助及附加电能的仪表的准确度应为±0．5％。

8．1．2 太阳辐照量测量
    按照GB／T 20095的规定进行测量。

8．1．3 周围空气速率测量
    应分别测量太阳集热器、储水箱和空气源热泵周围的空气流速。风速仪应分别放置在与太阳集热器、储水箱、热泵中心点相同高度的遮荫处，分别距离太阳集热器、储水箱、热泵1．5m～10．0m的范围内。

8．1．4 环境温度测量
    应分别测量太阳集热器、储水箱和空气源热泵周围的环境温度。温度测量仪表分别放置在与太阳集热器、储水箱、热泵中心点相同高度的遮阳通风处，分别距离太阳集热器、储水箱、热泵1．5m～10．0m的范围内。

8．1．5 储水箱试验水量测量
    按照GB／T 20095的规定进行测量。

8．1．6 系统试验水温测量
    按照GB／T 20095的规定进行测量。

8．1．7 辅助及附加电能的测量
    用电量测试仪测试系统运行消耗的总电能。

8．1．8 辅助及附加电能与系统性能系数试验同步
    可通过适当调整试验开始和结束时间并同步记录系统消耗的电能、贮水温度等数据。

8．2 试验方法

8．2．1 太阳能分系统升温性能试验
    按照GB／T 20095规定的试验方法进行试验和计算。

8．2．2 空气源热泵分系统升温性能试验
8．2．2．1 系统要求
    系统应按原设计要求安装调试合格，并至少正常运行3d，才能进行升温性能试验。试验期间空气源热泵分系统独立运行。

8．2．2．2 试验用冷水要求
    试验用冷水应采用该系统投入正常使用时的实际用水，冷水水温8℃≤t_c≤25℃。

8．2．2．3 试验条件
    应至少包括5h满足以下条件的试验：
      a) 试验期间平均环境温度：8℃≤t_a≤39℃；
      b) 环境空气的流动速率≤4m／s。

8．2．2．4 试验方法
      a) 循环加热系统试验方法
         1) 打开系统冷水阀门向系统注水至储水箱满水时关闭系统冷水阀门。
         2) 试验开始前30min，启动储水箱的混水装置进行混水，使各储水箱上下部水温差值在1℃以内。
         3) 试验开始时，启动空气源热泵加热，同时关闭储水箱的混水装置，记录储水箱上下部水温。储水箱上下部水温的平均值就是试验开始时储水箱内的水温t_b。
         4) 试验开始后，记录空气源热泵加热的时间，当加热时间到达5h时，停止空气源热泵加热，试验结束。
         5) 启动储水箱的混水装置。当储水箱上下部水温差值降到1℃以内时，记录储水箱上下部水温。储水箱上下部水温的平均值就是试验结束时储水箱内的水温t_e。

      b) 定温放水系统试验方法
         1) 打开系统冷水阀门，将系统控制装置置于正常工作状态。
         2) 试验开始后，记录空气源热泵加热的时间，当加热时间到达5h时，停止空气源热泵加热，试验结束。如果试验期间热泵加热的热水可能使储水箱满水溢流，则以储水箱满水溢流前的时间作为试验结束时间。如果试验期间热泵加热的热水不能使储水箱满水，则打开系统冷水阀门向系统注水至储水箱满水。
         3) 试验开始后，记录注入系统的冷水温度，试验期间每隔10min记录一次，各次水温的平均值就是试验开始注入储水箱的冷水温度t_b。
         4) 启动储水箱的混水装置。当储水箱上下部水温差值降到1℃以内时，记录储水箱上下部水温。储水箱上下部水温的平均值就是试验结束时储水箱内的水温t_e。

8．2．2．5 升温性能计算
    空气源热泵独立运行5h后，储水箱的温升△t₅用式(1)计算：

△t₅＝t_e-t_b                     (1)

8．2．3 系统综合热性能系数试验
8．2．3．1 系统要求
    系统应按设计要求安装调试合格，至少运行3d才能进行试验。试验期间所有系统都处于正常运行。

8．2．3．2 试验用冷水要求
    试验用冷水应采用该系统投入正常使用时的实际用水，冷水水温8℃≤t≤25℃。

8．2．3．3 试验条件
    应至少包括一整天满足以下条件的试验：
    a) 太阳辐照量H≥10MJ／m²；
    b) 制热试验期间平均环境温度：8℃≤t_a≤39℃；
    c) 环境空气的流动速率4m／s。

8．2．3．4 试验方法
    a) 循环系统试验方法
       1) 打开系统冷水阀门向系统注水，注水过程中，应及时排除系统内的空气，所有储水箱充满水后，应测量计算出各储水箱的试验水量V_si。
       2) 试验开始前30min，启动储水箱的混水装置进行混水，使各储水箱上下部水温差值在1℃以内。对于强制循环系统，还应同时手动启动太阳能分系统的循环泵。
       3) 试验开始时，强制循环系统将循环泵置于正常运行控制状态，同时关闭储水箱的混水装置，记录各储水箱上下部水温。各储水箱上下部水温的平均值就是试验开始时储水箱内的水温t_bi。应同时记录总日射表太阳辐射量和输入系统的辅助及附加电能读数。
       4) 试验开始后，当太阳辐照量达到10MJ／m²时关闭太阳能循环分系统，启动空气源热泵加热至储热供热水箱下部水温达50℃时，停止空气源热泵加热，试验结束。
       5) 关闭系统上下循环管路与储水箱之间的阀门，关闭强制循环系统的循环泵，启动各储水箱的混水装置。当各储水箱上下部水温差值降到1℃以内时，记录各储水箱上下部水温。各储水箱上下部水温的平均值就是试验结束时储水箱内的水温t_ei。应记录总日射表太阳辐射量和输入系统的辅助及附加电能读数。
       6) 试验结束与试验开始时，太阳辐照量读数的差值就是试验期间单位轮廓采光面积的太阳辐照量H。
       7) 试验结束与试验开始时，输入系统的辅助及附加电能读数的差值就是试验期间系统消耗的电能E₀。

    b) 定温放水系统试验方法
       1) 排空储存在所有储水箱内的水，打开系统冷水阀门。
       2) 试验开始时，将定温放水温升设定为＞50℃。
       3) 强制循环系统将循环泵置于正常运行控制状态，按照GB／T 20095的规定记录试验期间注入储水箱的冷水温度t_bi和试验水量V_i。应同时记录总日射表太阳辐射量和输入系统的辅助及附加电能读数。
       4) 试验开始后，当太阳辐照量达到10MJ／m²时关闭太阳能循环分系统，启动空气源热泵加热至所有储水箱都充满热水时，停止空气源热泵加热，试验结束。按照GB／T 20095的规定记录试验期间注入储水箱的冷水温度t_bi和试验水量V_si。应同时记录输入系统的辅助及附加电能读数。
       5) 启动各储水箱的混水装置。当各储水箱上下部水温差值降到1℃以内时，记录各储水箱上下部水温。各储水箱上下部水温的平均值就是试验结束时储水箱内的水温t_ei。
       6) 试验结束与试验开始时，输入系统的辅助及附加电能读数的差值就是试验期间系统消耗的电能E₀。

8．2．3．5 系统综合热性能系数OTPC的计算
    a) 试验期间各储水箱内贮存水的温升用式(2)计算：

△t_ebi=t_ei-t_bi                   (2)

    b) 试验期间各储水箱内贮存水的得热量用式(3)计算：

Q_i=ρ_wV_sic_pw△t_ebi               (3)

    c) 试验期间系统的综合热性能系数用式(4)计算：

8．2．4 储水箱保温性能试验
    按照GB／T 20095规定的试验方法进行试验和计算。

8．2．5 系统安全性能检验
    按照GB／T 20095规定的方法进行。

8．2．6 系统噪声和振动
    a) 噪声检验
       按照GB／T 21362规定的方法进行。
    b) 振动检验
       检查系统安装现场是否有减振措施，必要时进行振动测量。

8．2．7 运行状况、检修条件、外观质量检验
    系统运行状况、检修条件、外观质量检验按照GB／T 20095规定的方法进行检验。

8．2．8 系统关键部件检查
    a) 太阳集热器检查
       按照GB／T 20095规定的方法进行检查。
    b) 空气源热泵
       空气源热泵与基础之间应牢靠固定，所选用的热泵应有质检合格证明。空气源热泵应符合本标准的规定。
    c) 储水箱、支架、控制系统、泵、系统管路、系统保温、电气装置检查
       按照GB／T 20095规定的方法进行检查。

9 系统施工安装要求

9．1 一般要求
    在安装系统时，不应破坏建筑物的结构，不能削弱建筑物在寿命期内承受任何载荷的能力，不应破坏屋面防水层和建筑物的附属设施。
    若有必要，必须提供桥型通道或固定梯子方便系统的架设、操作、维护和检查，严禁在管路、配件以及它们的支撑和支撑结构上站立和行走。
    系统安装后的安全性能应符合GB／T 20095的要求。

9．2 系统基础
    系统安装时，集热器基础、储水箱基础应符合GB／T 18713的规定。

9．3 支架、集热器、储水箱、电控系统以及管路系统的安装应符合GB／T 18713的规定。

9．4 空气源热泵安装
    热泵与储水箱连接管路的安装和保温应符合管路系统的要求。
    空气源热泵基础应符合集热器基础的要求。
    碳素钢质管道和部件尤其是在敷设隔热层之前必须采用防锈涂层。

10 系统试运行与验收

10．1 试运行前
    检查系统安装是否符合设计及本标准要求。

10．2 试运行
    给系统充满传热工质，对相关部件进行调节或调整，保证各部件在设计要求的条件下工作。

10．3 验收
    空气源热泵辅助的太阳能热水系统验收检验分为验收检验和型式检验。

10．3．1 验收检验
    所有空气源热泵辅助的太阳能热水系统交付使用前应进行验收检验。系统的验收检验包括：
    a) 检查系统的设计；
    b) 检查系统的安全性能；
    c) 检查系统的运行状况、检修条件、外观质量；
    d) 检查系统的关键部件；
    e) 检查系统的安装。

10．3．2 型式检验
    有下列情况之一时应进行型式检验：
    a) 国家质量监督检验机构提出进行型式检验的要求时；
    b) 合同双方有争议，有一方要求对系统进行型式检验时；
    c) 由于其他原因需要对系统进行型式检验时。

10．4 判定规则
10．4．1 按本标准第6章、8．2．5、8．2．6、8．2．7、8．2．8、第9章规定进行验收检验，其结果应符合本标准的规定，各项检查中有两项或以上不合格的，系统判定为不合格。

10．4．2 按本标准第6章、第7章、第8章、第9章规定进行型式检验，其结果应符合本标准的规定，全部项目检验合格，系统判定为合格；按8．2．1、8．2．2、8．2．3、8．2．4规定的方法检验的各项指标有一项不合格，系统判定为不合格；除按第6章、8．2．5、8．2．6、8．2．7、8．2．8、第9章规定的方法检验的各项指标中有两项或以上不合格，系统判定为不合格。

11 文件编制(验收资料)

    对于每一个系统，应提供一套运行使用说明以及服务介绍，包括对于运行、维护所必需的全部说明。
    全套文件应包括下列资料：
    a) 系统布置图；
    b) 系统管路图和电路图，图中应有每一个部件的资料：型号、尺寸、电功率等；
    c) 系统各回路的最大工作压力；
    d) 工作极限(系统各回路允许的最高温度和压力，系统抗冻所能承受的最低温度等)；
    e) 系统运行中应注意的事项；
    f) 系统开启使用和关闭停用的说明；
    g) 如果系统中有安全部件，应说明安全部件的调整及正常运行情况；
    h) 系统出现故障或危险(特别是安全部件)时所应采取的措施；
    i) 控制系统组成及控制原理的说明，控制部件应标注在系统管路图中；
    j) 日常检查和维护保养所应注意的事项，以及正常维护期间所需更换部件的清单，必须全面叙述维修的范围和时间；
    k) 系统为了防止冻害所应采取的措施；
    l) 系统的验收报告；
    m) 系统售后服务跟踪卡。

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