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關于EN 50440試驗方法之流量計安裝位置的探析

時間:2018-09-10 10:54 來源:http://www.zppyue.icu/ 點擊數:

標準EN 50440里面對于流量計的安裝位置有其明確的要求,但實際使用過程中卻發現,流量計安裝 位置的不同會對實驗結果造成不同的影響。本文就此問題的現象,結合實際產品的生產工藝流程及原理,對 此標準里規定的安裝位置進行探析,得出此標準里規定的位置并不能滿足所有類型的熱水器產品的結論,從 而對實際試驗方法進行改善。

1.標準里面對于試驗設備的安裝要求

隨著我國熱栗企業的不斷發展,越來越多的熱栗企 業都開始將產品銷往歐洲,熱栗產品在進入歐洲市場之 前,都需要專業的檢測機構對樣品進行測試,比如萊茵 等檢測機構。而檢測機構的設備嚴格受相關監管部門的 監督,所以,諸多檢測機構都必須嚴格按照標準里面規 定的方法,對送檢的熱栗樣品進行檢測。近幾年,諸多 熱栗企業都開始針對歐盟標準建造自己的檢測實驗室, 以便在出口之前對自己產品的性能做一個初步的掌控。 實驗室檢測過程中,也會在使用上產生諸多的問題,本 文就EN 50440標準為例,對于其要求的流量計安裝方法 的合理性進行探析。

EN 50440標準主要針對儲水式熱水器進行能效檢 測,標準里對于系統的安裝方法有明確規定,如圖1

001.jpg

此標準的試驗流程在于模擬普通家庭在使用儲水式 熱水器的時候,日常用水的過程,以此為基礎,計算出熱水器的能效,作為一個給熱水器劃分等級的評判依據。

按照此圖示中所表示出的流程,測試過程中,進出 口控制閥開啟后,冷水通過入口管進入流量計,通過測 溫元件,然后進入水罐,由于水的不可壓縮特性,會由 出水口排出同等體積的熱水,通過檢測進口水溫、出口 水溫,結合流量計測量出的水量,計算出每次放水的放 水能量,從而在整個過程中多次的重復流程,最終計算 出熱水器的能效。

2.試驗結果及分析

筆者在剛接觸到此類試驗的時候,關于實驗系統安 裝,都會按照標準要求的流程及先后順序進行安裝。盡 管設備安裝都全部按照了標準要求的方法來安裝,試驗 流程也是全部按照標準要求的流程來做,但測試結果還 是會存在較大的偏差,測試結果低于標稱。經過分析, 筆者認為,原因在于流量計安裝位置不符合實際產品試 驗需求。

理論上講,流量計安裝在水罐之前,可以保證所有 的進入到水罐里的水量都被檢測到(圖1中標號4的旁 通閥會在測試過程中關閉,所以不會有水從此處流走 在一定程度上的確會保證實驗測試的準確性;但是,由 于目前熱水器企業的制造工藝,不可能將水罐里的空氣 全部排干凈,而一旦水罐里存在未排干凈的空氣,則流 量計安裝在水罐前端就會造成很大的試驗誤差,下面將 以具體實驗曲線為例來進行解釋。

由圖2中可以看出,將流量計安裝在水罐的前端或 者后端,兩者最大的區別在于,如果將流量計安裝在前端, 測量出的流速基本瞬間到達設定流量,然后平穩以設定 流量排出,而如果將流量計安裝于水罐之后,測量出的 流速在達到設定流速之后,會有一段時間(即V1)遠高 于控制流速(即V2)按照試驗原理,只要水罐進口以 設定流速v2將冷水進入水罐,水罐出口就應該以同樣的 流速釋放出熱水。在此,理論與實際產生了不符合的現場。 筆者從此現象推斷,在出口閥門開啟的一瞬間,會有部 分水會受到其他的動力,導致出水會以更髙的速度沖出水罐之外。

我們先來看目前常規生產工藝下的熱水器水罐形式, 如圖3

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從圖3上可以看出,由于很多家庭不具備足夠的高 度空間,為了方便用戶的安裝及日常使用,通常熱水器 水罐的進出口管都安裝在側面。出口管會由一條管延伸 到水罐的最上端,用來保證充分利用熱水器水罐的空間 (熱水器水罐頂部做成圓球狀也是處于此功能的需要), 而目前常規生產工藝下,延伸管雖然巳經盡量接近于水 罐的頂端,但肯定還是會與水罐頂部產生一定的距離, 從而留下部分空間,而這部分空間就會在試驗過程中一 直由空氣占據。

根據EN 50440的試驗流程,整個過程中會在規定的 時間點進行多次的放水,而放水之外的時間,進口控制 閥及出口控制閥是出于關閉狀態的。隨著每次放水的進 行,冷水不斷進入,熱水不斷排出,造成水罐內部水溫 會逐漸的降低,待水溫低于熱水器水罐內部設定的啟動溫度,加熱器就會開啟。如果加熱器開始工作的時候, 熱水器處于密閉狀態即進口控制閥、出口控制閥及旁 通閥都處于關閉狀態,那么隨著水溫的升高,殘余在 熱水器水罐頂部的空氣溫度也會隨之升高。由于液態水 的不可壓縮特性,儲存空氣的體積基本不會發生改變(嚴 格來說是有輕微改變,因為水溫升高后,水密度會有稍 微的變化,那么水的體積也會有較小的變化,根據理 想氣體狀態方程,我們可以清楚的推斷出,隨著密閉空 間里的空氣溫度不斷升高,殘留空氣所帶來的壓力也會 越來越大(根據實際試驗所得出的結果,在不觸發泄壓 裝置的情況下,此壓力最大可以達到7 MPa)。多次測 試結果證實,此壓力即是造成每次放水流程開始時,水 罐內部的水以高速沖出的主要原因。

由于此部分壓力的存在,每次放水流程中,我們定 義進口控制閥和出口控制閥開啟后,氣體膨脹后所形成 的高溫氣體體積為VI;由于冷水的不斷進人和熱水的 不斷排出,熱水器水罐內部水溫降低,水溫降低所引起 的氣體溫度降低之后,氣體體積改變為V2很明顯 V1>V2,這就造成了放出的水量不再等同于進人的水量 雖然此部分水量很小,但多次流程下來,累計的差異就 會變大。

基于以上所分析的結果,如果將流量計放置于熱水 器水罐進水端的情況下,是無法檢測到此部分水量的 試驗誤差由此而來。而如果將流量計放置于熱水器水罐 的出水端,則可以保證所有排出水罐的水都會被檢測到, 雖然與EN 50440標準要求有所不同,但有效的避免了測 試誤差。實際實驗結果也很好的驗證了此分析結果。

3.其他實驗標準里關于類似試驗的規定及分析

關于模擬家庭日常使用放水的測試標準還有很多 但大多都沒有明確規定設備擺放的相對位置,所以在進 行這些標準的實驗的時候,就會寬松很多。但我們可以 在很多標準里面找到一些方法來支撐我們的結論。

美國 DOE 標準里 Appendix E to Subpart B of Part 430-Uniform Test Method of Measuring the Energy Consump-tion of Water Heaters是美國關于儲水式熱栗實驗要求的 測試標準,它的實驗原理與EN 50440基本一致,所以我 們可以借鑒它關于測試的相關規定。在此標準里面5.3.3 First-hour Rating Test—段,有如此介紹“Collect the water in a container that is large enough to hold the volume removed during an individual draw” ,即用一個足夠大容積 的容器收集所有排水過程中排出的水。其作用在于放水 結束之后會對容器收集到的水量進行測量,從而在最后 計算的時候用此部分水量來計算得出相關的數據;而我 們將流量計安裝在水罐的出水口,也正是起到同樣的作 用,即將所有從水罐中排出的水全部經過流量計測量 在計算的時候采用這部分的測量結果,會使整個試驗結 果更加準確。

4.結束語

總結來說,本文的寫作目的并不是為了說明EN 50440中對于流量計安裝位置的要求是錯誤的,如果能 夠保證水罐內部沒有殘存的空氣(比如直立性水罐,將 出水口安裝在水罐的頂端),那么,無論流量計安裝在 前端還是安裝在后端是沒有區別的。但是,由于目前的 生產工藝限制,很多類型的水罐是無法將空氣完全排干 凈的。

基于以上原因,筆者認為,由于實驗設備應該能夠 滿足普遍產品的測試需要,所以在現階段,流量計安裝 在水罐的出口端,才更能夠保證試驗的準確性。


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