TSGR0010-2019熱交換器能效測試與評價規(guī)則

TSG特種設(shè)備安全技術(shù)規(guī)范TSGR0010—2019

熱交換器能效測試與評價規(guī)則

EnergyEfficiencyTestandEvaluationRegulationfor

HeatExchanger

國家市場監(jiān)督管理總局頒布

2019年1月15日

特種設(shè)備安全技術(shù)規(guī)范TSGR0010—2019

熱交換器能效測試與評價規(guī)則

1總則

1.1目的

為規(guī)范熱交換器能效測試與評價工作，根據(jù)《中華人民共和國特種設(shè)備安全法》《特

種設(shè)備安全監(jiān)察條例》，制定本規(guī)則。

1.2適用范圍

本規(guī)則適用于在液—液工況狀態(tài)下的可拆卸板式熱交換器、半焊式板式熱交換

器、釬焊板式熱交換器產(chǎn)品的能效測試與評價，對其他類型熱交換器的能效測試與

評價方法將在研究確定后予以補充。

在用熱交換器的能效測試與評價可參照本規(guī)則。

1.3引用標準

本規(guī)則的引用標準如下：

(1)GB/T151熱交換器；

(2)GB/T27698熱交換器及傳熱元件性能測試方法；

(3)NB/T47004.1板式熱交換器第1部分：可拆卸板式熱交換器；

(4)NB/T47045釬焊板式熱交換器。

注1-1：凡是注日期的引用標準，其版本適用于本規(guī)則。凡是不注日期的引用標準，其最新

版本(包括所有的修改單)適用于本規(guī)則。

1.4術(shù)語和定義

GB/T151、GB/T27698、NB/T47004.1、NB/T47045中界定的術(shù)語、定義以及

下列術(shù)語、符號和定義適用于本規(guī)則。

1.4.1能效指標

綜合考慮熱交換器的傳熱與流動特性，基于熱力學(xué)第一、第二定律，采用測試

數(shù)據(jù)數(shù)理統(tǒng)計等方法確定的用于判定熱交換器能效的參數(shù)。

1.4.1.1能效指標目標值

判定熱交換器為高效產(chǎn)品的能效值，對應(yīng)產(chǎn)品能效等級中的1級。

1.4.1.2能效指標限定值

允許的熱交換器產(chǎn)品的最低能效值，對應(yīng)產(chǎn)品能效等級中的3級。

—1—

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1.4.2熱平衡條件

熱交換器能效測試達到熱平衡時，冷、熱流體換熱量的允許偏差范圍。

1.5符號和單位

表1列出的符號和單位適合于本規(guī)則。

表1符號和單位

符號名稱單位

A傳熱面積m2

-1-1

cp比定壓熱容J?kg·K

de當量直徑m

Eu歐拉數(shù)1

k總傳熱系數(shù)W?m-2·K-1

L流體流動長度m

Nu努塞爾數(shù)1

p壓力Pa，kPa，MPa

ρ密度kg?m-3

Pr普朗特數(shù)1

3-1

qv體積流量m?s

-1

qm質(zhì)量流量kg?s

Re雷諾數(shù)1

S流道截面積m2

t溫度℃

u流速m?s-1

α對流換熱系數(shù)W?m-2·K-1

η動力粘度Pa?s

δ厚度m

λ熱導(dǎo)率W?m-1·K-1

Φ熱流量W

Δφ熱平衡相對誤差1

Δ

˙t1大溫差端的流體溫差℃

Δ

˙t2小溫差端的流體溫差℃

Δ

˙tm對數(shù)平均溫差℃

—2—

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2一般要求

2.1測試評價機構(gòu)

從事熱交換器能效測試評價的機構(gòu)(以下簡稱測試機構(gòu))，應(yīng)當具備熱交換器能

效測試與評價的能力，配備滿足熱交換器能效測試與評價的儀器設(shè)備和人員，嚴格

控制能效測試質(zhì)量，對測試結(jié)果的準確性、公正性和可溯源性負責(zé)。

2.2測試系統(tǒng)

(1)具備固定的測試試驗場地及配套的水、電、氣、熱源和冷源等條件；

(2)滿足熱交換器熱力性能參數(shù)測量范圍的能力要求，測試工況可以調(diào)節(jié)并且

能保持穩(wěn)定狀態(tài)，測試數(shù)據(jù)準確可靠并且能自動采集和存儲。

2.3測量儀表

(1)壓力、壓力差測量儀表的精度不低于0.2級，流量測量儀表的精度不低于

0.5級，流體溫度測量儀表的允差值不超過±0.5℃；

(2)測量儀表應(yīng)當在檢定(校準)有效期內(nèi)使用。

2.4測試與評價方法

2.4.1測試要求

測試按照GB/T27698及附件A進行，并且符合以下要求：

(1)每個測試工況應(yīng)當穩(wěn)定5min以上，并且熱平衡相對誤差Δφ的絕對值不大

于5％時，方可進行數(shù)據(jù)采集；

(2)每個測試工況至少重復(fù)測量3次，每次間隔5min以上，測量結(jié)果取平均值。

2.4.2評價方法

以能效指標作為依據(jù)，評價熱交換器的能效水平。

2.4.3典型熱交換器的能效測試與評價方法及能效指標

板式熱交換器的能效測試與評價方法及能效指標見附件A。

2.4.4其他要求

當熱交換器產(chǎn)品型號或者主要結(jié)構(gòu)參數(shù)發(fā)生變化時，應(yīng)當重新進行能效測試與

評價。

2.5測試與評價報告

熱交換器的測試與評價報告格式見附件B，并且至少包括以下內(nèi)容：

(1)委托單位信息；

—3—

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(2)產(chǎn)品制造單位信息及產(chǎn)品編號；

(3)測試與評價機構(gòu)信息；

(4)測試評價工作負責(zé)人和主要參加人員；

(5)測試產(chǎn)品技術(shù)數(shù)據(jù)(名稱、型號、結(jié)構(gòu)參數(shù)等)；

(6)測試環(huán)境條件(當?shù)卮髿鈮?、環(huán)境溫度、環(huán)境濕度)；

(7)測試用冷、熱兩側(cè)的流體介質(zhì)；

(8)測量參數(shù)與測點布置圖(冷、熱兩側(cè)流體的流量，進、出口溫度與壓力差，

進口壓力)；

(9)測量儀表及精度；

(10)測試數(shù)據(jù)表；

(11)測試曲線；

(12)能效指標計算過程；

(13)能效評價結(jié)果及等級。

3附則

3.1解釋權(quán)限

本規(guī)則由國家市場監(jiān)督管理總局負責(zé)解釋。

3.2施行時間

本規(guī)則自2019年6月1日起施行。

—4—

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附件A

板式熱交換器能效測試與評價方法及能效指標

A1范圍

本附件適用于在液—液工況狀態(tài)下的可拆卸板式熱交換器、半焊式板式熱交換

器、釬焊板式熱交換器的能效測試與評價。

A2產(chǎn)品型號及參數(shù)

測試與評價板式熱交換器的能效時應(yīng)當明確產(chǎn)品型號及以下參數(shù)：

(1)板片波紋形式(波紋角度、波紋深度、波紋間距、混合角度)；

(2)板片幾何尺寸(長度、寬度、角孔直徑、縱向與橫向中心距)；

(3)單板傳熱面積；

(4)板間距；

(5)板片厚度；

(6)板片材料；

(7)流道截面積；

(8)板片數(shù)；

(9)流程組合；

(10)設(shè)計溫度；

(11)設(shè)計壓力。

當產(chǎn)品型號或者前款(1)至(5)任一參數(shù)發(fā)生變化時，應(yīng)當重新進行能效測試與

評價。

A3性能測試要求

A3.1測試系統(tǒng)設(shè)置

測試系統(tǒng)見圖A-1。測試流體為水，按照水—水無相變逆流測試工況進行。首

先將冷、熱流體的流量調(diào)整到設(shè)定值，再將熱交換器的熱流體進口溫度通過加熱器

調(diào)整至(60±1)℃，熱交換器的冷流體進口溫度通過冷卻器調(diào)整至(30±1)℃。

所測試板式熱交換器的板片數(shù)不少于7片。

—5—

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1—冷卻塔，2—冷卻器，3—熱交換器試件，4—加熱器，5—分離器，6—過冷器，

7—液體儲槽，t—溫度測口，p—壓力測口

圖A-1熱交換器測量參數(shù)及測點布置圖

A3.2測量項目

(1)冷、熱流體的體積流量或質(zhì)量流量；

(2)冷、熱流體的進、出口溫度；

(3)冷、熱流體的進口壓力及進、出口之間的壓力差。

A3.3測試方法

測試工況穩(wěn)定后，按照以下要求進行測試：

(1)兩側(cè)流體的流速從0.1m?s-1到1.0m?s-1均勻等流速變化，變化間隔為0.1m?s-1；

(2)固定一側(cè)(熱側(cè)或冷側(cè))流體的流速不變，固定點宜選在0.5m?s-1，另一側(cè)流

體的流速應(yīng)當從0.1m?s-1到1.0m?s-1變化，變化間隔為0.1m?s-1。

A3.4熱平衡條件

A3.4.1計算步驟

冷、熱流體的換熱量允許偏差范圍，根據(jù)冷、熱流體流速為0.5m?s-1時的測試

結(jié)果確定，計算步驟如下：

(1)按照表A-1計算熱交換器冷、熱流體進口溫度比τ；

(2)按照表A-1計算效能ε；

—6—

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Δ

(3)計算熱平衡條件的下界φc，計算見式(A-1)：

Δ=

φc-(1-τ)(1-ε)(A-1)

A3.4.2熱平衡范圍

根據(jù)式（A-1）的計算結(jié)果，按照以下條件確定該熱交換器能效測試允許的

熱平衡范圍：

ΔΔ

(1)如果φc≤-5%，熱平衡條件允許范圍為-5%≤φ≤5%；

ΔΔΔ

(2)如果-5%＜φc≤-1%，熱平衡條件允許范圍為φc≤φ≤5%；

ΔΔ

(3)如果φc＞-1%，熱平衡條件允許范圍為-1%≤φ≤5%。

A3.5熱交換器傳熱性能

按照表A-1有關(guān)量計算式，計算熱交換器傳熱性能，并且得出以下結(jié)果：

(1)確定不同流速u下的總傳熱系數(shù)kexp；

(2)給出總傳熱系數(shù)kexp與流速u的關(guān)系曲線；

(3)建立努塞爾數(shù)Nu與雷諾數(shù)Re間的準則關(guān)聯(lián)式。

A3.6熱交換器流動阻力性能

按照表A-1有關(guān)量計算式，計算熱交換器流動阻力性能，并且得出以下結(jié)果：

(1)確定不同流速u下的壓力降Δp；

(2)給出壓力降Δp與流速u的關(guān)系曲線；

(3)建立歐拉數(shù)Eu與雷諾數(shù)Re間的準則關(guān)聯(lián)式。

—7—

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表A-1有關(guān)量計算式

序號名稱符號計算式

=

1冷流體流速ucuqScvcc/

=

2熱流體流速uhuqShvhh˙/

ττ=++

3冷、熱流體進口溫度比(ttc1273.15)/(h1273.15)

εε=

4效能()/()ttc2--c1tth1c1

=-

5冷流體熱流量φcφ˙˙cmqctcpcc2c1()t

=-

6熱流體熱流量φhφhmqcthp˙hh1h2()t

ΔΔ=×

7熱平衡相對誤差φφφφφ(hc-)/c100%

ΔΔ=ΔΔΔΔ

8對數(shù)平均溫差tmtttttm12()/ln(/)˙˙-˙˙˙12

=+Δ

9測試總傳熱系數(shù)kexpkAtexp()/(2)φφhc˙˙m

=ρη

10雷諾數(shù)ReReude/

=n0.3

11熱流體努塞爾數(shù)NuhNuhcRehPrh

=n0.4

12冷流體努塞爾數(shù)NucNuccRecPrc

13歐拉數(shù)EuEuc=Ren

αλ=

14對流換熱系數(shù)αNu/de

=++αδλα

15計算總傳熱系數(shù)kcalkcal1/(1/h/1/c)

ΔΔ=ρ2

16計算壓力降pcal˙pcalEuu

注A-1：表A-1中角標h、c表示熱、冷流體側(cè)。

注A-2：表A-1中熱流體努塞爾數(shù)、冷流體努塞爾數(shù)和歐拉數(shù)公式中的“c”和上角標“n”

為常數(shù)，由實驗數(shù)據(jù)進行擬合后所得。

A3.7總傳熱系數(shù)與壓力降計算

在熱流體定性溫度為50℃、冷流體定性溫度為30℃，冷、熱流體流速均為

0.5m?s-1的標準狀態(tài)下，根據(jù)所建立的努塞爾數(shù)Nu的準則關(guān)聯(lián)式、板片厚度及其熱

Δ

導(dǎo)率，計算出總傳熱系數(shù)kcal，根據(jù)歐拉數(shù)Eu的準則關(guān)聯(lián)式計算冷、熱側(cè)壓力降pcal。

A4能效評價

A4.1能效指標計算

板式熱交換器的能效值的物理意義是消耗單位折合流動壓降下所獲得的總傳

—8—

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熱系數(shù)，按式（A-2）計算：

=?0.31

EEI˙kp˙˙cal/˙˙(A-2)

式中：

?=ωωΔ+Δ?-1

ppLpLcc,cal//chh,calh，Pam；

式中：

ωωωω

c、˙h——冷、熱流體壓力梯度的權(quán)重系數(shù)，c=h=0.5；

Lc、Lh——角孔縱向中心距，m；

ΔΔ

˙pc,cal、˙ph,cal——按照A3.7確定的冷、熱流體側(cè)壓力降，Pa。

?-2?-1

kcal——按照A3.7確定的總傳熱系數(shù)，WmK。

A4.2能效等級劃分

根據(jù)板式熱交換器行業(yè)能效水平分布，板式熱交換器能效等級分為3級，見

表A-2。

表A-2能效等級

產(chǎn)品能效等級能效指標(EEI)下限

1級227

2級191

3級168

—9—

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附件B

報告編號：

能效測試與評價報告

產(chǎn)品名稱：XXXX板式熱交換器

型號規(guī)格：

委托單位名稱：

制造單位名稱：

測試地點：

測試評價日期：

(能效測試評價機構(gòu)名稱)

—10—

特種設(shè)備安全技術(shù)規(guī)范TSGR0010—2019

注意事項

1．本報告是根據(jù)《熱交換器能效測試與評價規(guī)則》(TSGR0010—2019)進行能

效測試與評價所出具的報告。

2．本報告應(yīng)當由計算機打印輸出，或者用鋼筆、簽字筆填寫，字跡要工整，

內(nèi)容缺少、摘錄或者部分復(fù)制、涂改無效。

3．本報告無編制、審核、批準人員等簽字，無測試評價機構(gòu)的專用章或者公

章無效。

4．測試與評價結(jié)果僅對被檢測樣品負責(zé)。

5．本報告測試評價結(jié)論是在本報告所記載和描述的測試依據(jù)及測試條件下得

出的。

6．委托單位對本報告結(jié)論如有異議，請在收到報告書之日起15日內(nèi)，向能效

測試評價機構(gòu)提出書面意見。

7．本報告一式兩份，由測試評價機構(gòu)和委托單位分別保存。

測試評價機構(gòu)：

地址：

電話：

傳真：

郵政編碼：

—11—

TSGR0010—2019特種設(shè)備安全技術(shù)規(guī)范

能效測試與評價報告

報告編號：

制造單位名稱

制造單位地址

測試地點

產(chǎn)品名稱規(guī)格型號

產(chǎn)品編號樣品編號

制造日期測試類別(產(chǎn)品、在用設(shè)備測試)

波紋深度mm波紋角度(°)

混合角度(°)波紋間距mm

板片長度mm板片寬度mm

技術(shù)

角孔直徑mm板間距mm

參數(shù)

板片厚度mm單板傳熱面積m2

縱向中心距mm橫向中心距mm

設(shè)計溫度℃設(shè)計壓力MPa

測試

《熱交換器能效測試與評價規(guī)則》(TSGR0010—2019)及相關(guān)標準

依據(jù)

傳熱面兩側(cè)為水—水逆流運行，熱流體定性溫度為50℃，冷流體定性溫

度為30℃，冷、熱流體板間流速均為0.5m?s-1時：

1．總傳熱系數(shù)：k=W?m-2?K-1；

測試cal

2ΔpPaΔpPa

結(jié)果．壓力降：˙h,cal=；c,cal=

測試人員(簽字)：日期：

負責(zé)人(簽字)：日期：

能效指標值(EEI)能效等級(相應(yīng)級別)

評價

評價人員(簽字)：日期：

結(jié)果

負責(zé)人(簽字)：日期：

編制：日期：(測試評價機構(gòu)專用章或者公章)

審核：日期：

批準：日期：年月日

—12—

特種設(shè)備安全技術(shù)規(guī)范TSGR0010—2019

報告編號：

B1測試產(chǎn)品技術(shù)數(shù)據(jù)

序號名稱單位委托單位提供測試單位實測

1板片波紋角度(°)

2混合角度(°)

3板片數(shù)片

4板片厚度mm

5板片波紋深度mm

6板片波紋法向節(jié)距mm

7夾緊尺寸mm

8板間距mm

9當量直徑mm

10單片有效傳熱面積m2

11總有效傳熱面積m2

12單側(cè)流道截面積m2

13單側(cè)流道總截面積m2

14流程組合—

15接管形式—

16角孔直徑mm

17角孔中心距(縱向)mm

18角孔中心距(橫向)mm

19接管管徑—

20板片材料—

21板片外形尺寸(長×寬)mm

B2測試介質(zhì)、流程和環(huán)境條件

B2.1測試介質(zhì)

傳熱面兩側(cè)介質(zhì)為水—水。

B2.2測試流程

傳熱面兩側(cè)介質(zhì)逆流運行。冷、熱流體采用并聯(lián)式組合1×N/1×n的流動形式。

—13—

TSGR0010—2019特種設(shè)備安全技術(shù)規(guī)范

B2.3測試環(huán)境條件

測試時，當?shù)卮髿鈮簽閗Pa，環(huán)境溫度為℃，環(huán)境濕度為。

B3測量參數(shù)與儀表

B3.1測量參數(shù)與測點布置

測量參數(shù)及測點布置見圖B-1。

圖B-1熱交換器測量參數(shù)及測點布置

(示例圖：t—溫度，p—壓力，Δp—壓力差)

B3.2測量儀表及精度

測量儀表及精度(格式)見表B-1。

表B-1測量儀表及精度(示例)

測量項目流量/(m3/h)溫度/℃壓力/MPa壓力差/kPa

精度(允差值)

量程

測試工位冷側(cè)熱側(cè)冷側(cè)熱側(cè)冷/熱側(cè)冷/熱側(cè)

—14—

特種設(shè)備安全技術(shù)規(guī)范TSGR0010—2019

報告編號：

B4測試數(shù)據(jù)與結(jié)果

B4.1測試數(shù)據(jù)

測試數(shù)據(jù)見表B-2。

表B-2板式熱交換器測試數(shù)據(jù)

熱流體冷流體熱流體冷流體熱流體冷流體熱流體冷流體

板間板間體積體積進口出口進口出口進口進口

壓降壓降

序號流速流速流量流量溫度溫度溫度溫度壓力壓力

uhucqvhqvcth1th2tc1tc2phΔphpcΔpc

m?s-1m?s-1m3?h-1m3?h-1℃℃℃℃MPakPaMPakPa

10.10.1

20.20.2

30.30.3

40.40.4

50.50.5

60.60.6

70.70.7

80.80.8

90.90.9

101.01.0

110.90.9

120.80.8

130.70.7

140.60.6

150.50.5

160.40.4

170.30.3

180.20.2

190.10.1

200.50.1

210.50.2

—15—

TSGR0010—2019特種設(shè)備安全技術(shù)規(guī)范

報告編號：

表B-2(續(xù))

熱流體冷流體熱流體冷流體熱流體冷流體熱流體冷流體

板間板間體積體積進口出口進口出口進口進口

壓降壓降

序號流速流速流量流量溫度溫度溫度溫度壓力壓力

uhucqvhqvcth1th2tc1tc2phΔphpcΔpc

m?s-1m?s-1m3?h-1m3?h-1℃℃℃℃MPakPaMPakPa

220.50.3

230.50.4

240.50.5

250.50.6

260.50.7

270.50.8

280.50.9

290.51.0

300.50.9

310.50.8

320.50.7

330.50.6

340.50.5

350.50.4

360.50.3

370.50.2

380.50.1

—16—

特種設(shè)備安全技術(shù)規(guī)范TSGR0010—2019

報告編號：

B4.2測試結(jié)果

=n0.3

NuhhcRePrh

(＜Reh＜)

=n0.4

NucccRecPr

(＜Rec＜)

=n

EuhcReh

(＜Reh＜)

=n

EuccRec

(＜Rec＜)

注：c與上角標n為常數(shù)，由實驗數(shù)據(jù)進行擬合后所得。

B4.3測試曲線

B4.3.1傳熱曲線

總傳熱系數(shù)與流速的測試數(shù)據(jù)及關(guān)聯(lián)式曲線(格式)見圖B-2。

圖B-2總傳熱系數(shù)與流速的測試數(shù)據(jù)及關(guān)聯(lián)式曲線（格式）

—17—

TSGR0010—2019特種設(shè)備安全技術(shù)規(guī)范

報告編號：

B4.3.2流體阻力曲線

壓力降與流速的測試數(shù)據(jù)及關(guān)聯(lián)式曲線(格式)見圖B-3。

圖B-3壓力降與流速的測試數(shù)據(jù)及關(guān)