《热泵市场》杂志 文_刘桥华
特约支持_合肥汇一能源科技;微制冷唐福辉
如果工业生产许可证是企业生产的“准生证”，低温实验室就是企业的“身份证”。北京“煤改电”政策出台之后，明确要求投标单位必须有-20℃低温热泵实验室，生产企业对实验室的需求增强。那么，符合北京煤改电标准的热泵实验室应该如何建呢？
现状：数量少、基础差
空气源热泵行业起步比较晚，而且目前的经济总量也还比较弱小，虽然行业厂家的数量并不少，但大多是以中小企业为主。这种情况也造就了行业目前的一个现状，那就是几乎一半以上的热泵生产企业都没有热泵实验室。原因很简单：
一是实验室投资较大，对于刚起步的小企业来说，负担较重；
二是实验室耗电量较大，运行成本高；
三是由于政策刺激与鼓励，生产企业数量剧增，还没来得及建造或者不知道怎么建。
此外，部分建有热泵实验室的厂家，其利用率也非常低——当初建实验室的主要目的是为了获取生产许可证，而在拿到证件后，基本就被闲置了。因为实验室工作时的耗电量是很大的，会增加不少的运行成本。
另外很多企业在建实验室的时候都是为了应付，为了节省成本，建起来的实验室都是“一次性”的，用不了多久就无法正常运转了。而且，就算能用的，设备的质量也比较差，像环境间库体的保温板有的甚至都不用保温板，导致漏冷的情况严重，不但耗电，还很难把测试工况温度降低。就行业目前的实验室而言，大部分实验室也是仅能做工况-10℃以内的测试，很少能达到-25℃。
还有一个情况就是，厂家建有的实验室大都是综合实验室，很少有专门的热泵实验室。为了同时取得多类产品的许可证，厂家建造的实验室都是综合性的，将多种测试功能融为一体，在测试热泵时“大马拉小车”的情况很常见。
同时，厂家也很少对实验室进行维护保养，包括设备的日常巡查点检，电控系统的常规安全检查，制冷机组、泵与风机的除垢、加油等等，使得实验室设备老化速度快、测试能力衰减快。
热泵实验室怎么建？
北京“煤改电”要求热泵厂家必须建有-20℃以下低温检测实验室，另外对产品的测试工况也有明确的要求。也正是这样的要求，让热泵行业厂家一下忙晕了头，纷纷排着长队去做产品检测认证。
但这也只能解解近渴，建一个自己的实验室才是长久之路。要建造符合北京煤改电标准的实验室其实不难（费用的因素除外），按照以下配置来做就可以。
1.总体条件
制热量测试范围：5～50kW。煤改电招标要求产品制热量大于5kW，而产品标准GB/T 25127.2适用的是小于50kW的机组，所以测试范围可以定为5～50kW。如果企业产品制热量范围小于此，比如只生产3～6匹机组，可以依据实际需求建造。
实验室温度范围：-25℃～40℃。虽然要求产品在-20℃正常运行，但在-20℃到-25℃之间要能正常启动，所以实验室温度下限定为-25℃；由于少数情况下，需要使用制冷功能，所以实验室也能进行制冷测试，环境温度上限定为40℃。
2.实验室构成
a.测试间围护结构（含保温库体、合理的送回风结构）；
b.恒温恒湿系统（含空气循环柜、制冷机组、除湿设备、加热设备、加湿设备），保障测试间里恒温恒湿工况；
c.空气温湿度采样装置（含取样盒、取样耙、取样风管等），采集空气温湿度参数；
d.水系统（含水泵、流量计、温度调节阀、恒温水箱、水冷冷水机组、冷却塔等）；
e.电气调节控制系统（PLC、变频器、调功器、调节表、开关、接触器、稳压电源等）；
f.参数测量采集系统（温度、压力、流量等各种测量传感器，数据采集器、功率测量仪、电流互感器等）。
实验室主要设备详解
1.测试间围护结构
测试间围护结构采用硬质聚氨酯夹心冷库板，双面0.8mm彩钢板或不锈钢。库板厚120mm或150mm，聚氨酯密度39～42kg/m³。底板由于要承重，所以制作时内部预置垫木，用以加大强度，增加承重能力。
底板的上表面预制为3mm厚不锈钢板，既可以防锈（样机测试时常有水流到地上），也可以起到加大底板强度的作用。库板安装时要注意，板与板接合处接触面上一定要打一道密封胶，防止空气渗漏。
2.恒温恒湿系统
恒温恒湿系统的主体设备是空气循环柜，附属设备有：
a.低噪音循环风机；
b.非标套片式蒸发盘管、表冷盘管；
c.不锈钢绕片式电加热管（功率42KW），融霜电加热（功率24kw），两者不同时开，融霜加热是工况温度低于0℃时开启，系统自动切换；
d.加湿器：不锈钢、电热式（功率36kW），配软化水装置，如果没有软水装置，加湿器的寿命会大大减少；
e.制冷机组：水冷式压缩冷凝机组（8HP+10HP×2），水冷式机组比风冷式更节能。
3.水系统
水系统主要分成三部分：
a.冷却水系统，主要有冷却塔、冷却水泵，用于给制冷机组冷凝器侧提供冷却水；
b.恒温水箱系统，主要有保温水箱（考虑可测试制冷工况，带电加热管48kW，若只测制热工况，电加热18kW即可），水冷冷水机组（5HP×3），水泵。用于给待测样机提供恒温水源；
c.样机水系统，主要有样机变频水泵、流量计、控温调节阀、水温度压力测量工装。
4.节能系统
节能系统的设备主要有板式换热器、表冷器（装在空气循环柜中）、变频乙二醇泵、膨胀水箱，并且要注意板换防冻控制以及防止换热过冲的控制。
节能系统的主要作用是将样机水侧释放的热（冷）量与风侧释放的冷（热）量中和，达到节能的目的。例如，样机在运行制冷工况时，样机出水经过板换，将冷量传递给板换另一侧的乙二醇溶液，再由乙二醇泵送到表冷器，对样机释放的热风进行冷却，这样就会让水箱侧的电加热少一些投入、让空气循环柜侧的制冷机组少一些投入。
如何建个入门级的实验室？
对行业里的一些大品牌特别是由空调领域跨界过来的品牌来说，北京“煤改电”要求的“生产企业必须建有-20℃低温实验室”并不是太难的事情，本身就有或者有足够的资金实力去建一个，但对行业里数量庞大的中小厂家来说，却是个难题。
一个摆在空气源热泵中小企业面前的很现实的问题就是：如果不建立符合招标要求（估计以后的招标项目都会要求产品有低温实验室检测证明）的低温实验室，就只能眼睁睁看着“煤改电”这块大蛋糕被别人瓜分；而建一个低温实验室的成本又太大，动辄几十万上百万，风险太大。有没有可能低成本建一个低温实验室，还能符合招标要求呢？对此我们提出一些可行的方法供参考。
实验室可以建小一些
由于政策或其它原因，现有的很多厂家的性能实验室都建的比较大，25P、30P甚至更大。我们建造符合“煤改电”要求的实验室，可以有针对性的进行规划。
“煤改电”项目要求产品的国家标准是GB/T25127.2，这个标准规定的是50kW以下的产品，大致相当于15匹。也就是说，有个15P的低温实验室就可以了。但事实上北京农村“煤改电”项目都是分户采暖，农户建筑面积基本都在200平米以下，空气源热泵采暖机组基本都是3P、5P、6P机组，其他机型几乎没有。因此，针对“煤改电”项目，我们建实验室的时候可按照实际需求，建6P的实验室即可，这样成本可以降低很多。
只检测产品的制热量
北京农村“煤改电”的初衷是在不烧煤的前提下解决农户冬季的取暖问题，所以主要检测的是产品的制热量。事实上，北京“煤改电”招标文件对生产厂家实验室的要求也是“必须建有-20℃及以下低温检测实验室，并提供国家权威认证的实验室能力评定证书”，并没有在明确要求检测主机的制冷量。
在北方地区，采暖才是刚需，制冷功能可以说是附加的，主要是因为厂家的产品本身就带有制冷功能，另外在推广宣传时也更能让用户接受。因此，厂家在建低温实验室时也可以对症下药，只测制热量，不测制冷量，这样设备投入能少些，也能降低一些成本。
对原有实验室进行改造
对一些原本有实验室但不规范或不达标的厂家来说，可以对原有实验室进行改造来满足要求。例如，北京“煤改电”要求-20℃的低温实验室，但热泵厂家普遍仅能达到-10℃以内的测试工况，极少能达到-20℃甚至更低的，可以在原有实验室上增加制冷机组以达到要求，或将原制冷机更换为低温制冷机等方法让实验室的测试工况达到-20℃或者更低。
节能系统平衡考虑
空气源热泵实验室由恒温恒湿系统、水系统、电控系统、数据采集系统等多个部分构成，建造时一般都会考虑含有节能系统。典型的节能系统就是表冷系统，主要设备有板换、表冷器、变频泵、膨胀水箱等，主要作用是将样机水侧释放的热（冷）量与风侧释放的冷（热）量中和，使实验室制冷、加热设备减少投入，达到节能的目的。
节能系统在测试制冷工况时比制热工况的效果更明显，但是热泵实验室主要是针对制热量的检测，而且对于中小企业来说，热泵实验室也不会每天都开、时时都开。实验室使用频率如果不是很高的话，耗电量不算很大，而节能系统设备的初投资也得数万元，厂家可在使用频率及耗电量与设备初投资之间平衡考虑，若可以不要节能系统，这样就可以降低一部分初投资。
采用国产优质品牌的仪器
实验室是由多个系统构成的，而每个系统又包含了多个设备，其建造成本高除了设备数量比较多以外，单个设备的造价高也是其中的一个重要因素。
为了保证实验室的测量符合国家的相关标准，里面的设备很多都是采用进口的。因为国内的空调实验室，最早是80年代从日本引进的，全套学习日本，以至现在行业里还在沿用日方的选型习惯。以仪器仪表为例，很多都选用的日本等国进口品牌，很少尝试用国产品牌，而进口产品的价格要比国产品牌贵很多。
长期以来，进口检测、控制仪器仪表一直占据我国主要市场，众多国家级、省级重点实验室，以及高校和相关企业等，大部分都采用的进口仪器仪表。因为我国的仪器仪表起步较晚，因此常常被认为在技术含量及精准度上远不如进口产品。
其实，经过多年的发展，我国已经建立起门类较为齐全、体系较为完整的仪器仪表工业体系，目前已经成为全球第四、亚洲第二的仪器仪表生产国。据相关机构做过的一个针对国产仪器和进口仪器的调查报告显示，在技术上，国产的仪器仪表产品大部分都可以替代进口产品。如果热泵实验室能够把国产的仪器仪表设备纳入进去，在不降低检测精度要求的同时，也可以降低不少的建造成本。
版权：首发于《热泵市场》杂志11月刊。微信文章有删减。合肥汇一能源科技有限公司、微制冷唐福辉对本文提供了很大帮助，在此表示感谢！
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