空調(diào)熱水器安全檢測方法研究

陸 山 錢 勁 樊 銳 王粵威

(1.湖南出入境檢驗(yàn)檢疫局 湖南長沙 410000;2.珠海出入境檢驗(yàn)檢疫局)

1 前言

空調(diào)熱水器是指利用熱泵進(jìn)行熱量傳遞轉(zhuǎn)移,以達(dá)到制熱水和調(diào)節(jié)空氣目的、集空調(diào)和熱水器功能的一體機(jī),業(yè)內(nèi)宣傳為節(jié)能、舒適、安全的第四代熱水器。空調(diào)熱水器在節(jié)能環(huán)保方面具有獨(dú)特的優(yōu)勢,同時也比電熱水器、燃?xì)鉄崴骶哂懈玫陌踩A(chǔ),在國內(nèi)外均有廣大的區(qū)域。隨著社會經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展,已開始逐漸進(jìn)入家用行列。良好的市場預(yù)期將促使該類產(chǎn)品在未來幾年內(nèi)得以普及。

與此同時,國內(nèi)、國際上對該類產(chǎn)品的安全檢測沒有形成標(biāo)準(zhǔn),企業(yè)則從各自的角度出發(fā),直接采用空調(diào)或熱泵熱水器的安全標(biāo)準(zhǔn),或糅合以上兩種產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行質(zhì)量控制,形成各自企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。在這種魚龍混雜的情況下,消費(fèi)者將首先成為受害群體,而最終損害的則是整個行業(yè)。

本文在課題研究的基礎(chǔ)上,經(jīng)過大量的實(shí)驗(yàn)室檢測及科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)姆治?對空調(diào)熱水器的安全檢測方法提出了獨(dú)到的觀點(diǎn)。

2 空調(diào)熱水器代表性樣品結(jié)構(gòu)對比分析

為全面評價空調(diào)熱水器產(chǎn)品的安全及性能指標(biāo),本課題組在市場調(diào)研的基礎(chǔ)上,抽取了目前市場上比較有代表性的 A、B、C、D四種品牌的空調(diào)熱水器進(jìn)行分析,其整機(jī)結(jié)構(gòu)及功能具體見表 1。

總體上看,C、D廠商在系統(tǒng)上設(shè)計(jì)較為完善,所使用的元件也較 A、B品牌的廠商更優(yōu),C、D廠商的樣品在整體設(shè)計(jì)上考慮得更加全面,其元件成本顯著高于 A和 B。對代表性樣品進(jìn)行比較,其差異性如下:

(1)以上四款空調(diào)熱水器有一個共同點(diǎn):外機(jī)手操器控制熱水,內(nèi)機(jī)控制器控制空調(diào)開啟。這使得人們在使用空調(diào)熱水器系統(tǒng)時,保留了原對空調(diào)的操作習(xí)慣,在控制上,僅僅增加了一個熱水控制器而已;

(2)空調(diào)熱水器采用內(nèi)機(jī)、外機(jī)和套管串聯(lián)組成的系統(tǒng),B、C和 D的空調(diào)熱水機(jī)組內(nèi)機(jī)、外機(jī)和套管 (或冷凝盤管)是通過并聯(lián)的方式組成的系統(tǒng);

表 1 代表性樣品整機(jī)結(jié)構(gòu)及功能比較

(3)A空調(diào)熱水器模式切換通過停掉串聯(lián)回路中內(nèi)機(jī)、外機(jī)和套管中之一來實(shí)現(xiàn)的,B、C和 D的空調(diào)熱水器是通過內(nèi)機(jī)、外機(jī)和套管 (或冷凝銅管)切換支路來實(shí)現(xiàn);

(4)A和 C空調(diào)熱水采用的強(qiáng)電控制閥件較少,相對于B空調(diào)熱水器的故障發(fā)生率亦較少;C和D對強(qiáng)弱點(diǎn)從物理上進(jìn)行隔離,不在同一塊電路板上,而 A和 B的主板強(qiáng)電和弱電均放在同一塊主板上。從安全的角度考慮,將強(qiáng)、弱電隔離安裝于不同的電路板上具有更高的安全效果;

(5)A、C和 D的空調(diào)熱水器采取套管與水換熱,使用壽命較長,而 B空調(diào)熱水器采取水箱內(nèi)盤的方式換熱,換熱效果雖然好些,但銅管易腐蝕,影響水箱及整機(jī)的使用壽命;

(6)A、C和D的空調(diào)熱水器均采用套管換熱器與水換熱,C和 D使用了膨脹罐,用于補(bǔ)償因水溫變化出現(xiàn)的壓力變化,配合壓力閥實(shí)現(xiàn)定壓補(bǔ)水功能;A未使用膨脹罐,在封閉式系統(tǒng)內(nèi),壓力的變化將依賴于水箱的耐壓能力和壓力閥,因壓力變化,可能會出現(xiàn)壓力閥多次開關(guān)的情況;

(7)C空調(diào)熱水器采用電子膨脹閥節(jié)流,A空調(diào)熱水器用熱力膨脹閥進(jìn)行節(jié)流,運(yùn)行范圍以及穩(wěn)定性都比B空調(diào)熱水器的毛細(xì)管節(jié)流更優(yōu)。從樣機(jī)分析來看,A熱力膨脹閥沒有使用好,導(dǎo)致系統(tǒng)不能正常運(yùn)行;

(8)C和D兩個廠家的空調(diào)熱水器雖然一個為接近商用的產(chǎn)品,一個為普通家用型,但兩者的設(shè)計(jì)存在更多的共同點(diǎn)?？梢哉J(rèn)為,兩者對空調(diào)熱水器的研究水平相當(dāng)接近,且高于 A和 B。

A樣機(jī)以原有空調(diào)器為基礎(chǔ),在壓縮機(jī)排氣管上加入了套管換熱器,以此來加熱生活熱水,而B、C和 D均經(jīng)過了重新的設(shè)計(jì),通過四通閥的切換來實(shí)現(xiàn)不同的工作模式,使得冷媒按照規(guī)定的流程進(jìn)行循環(huán)。根據(jù)樣機(jī)的對比,系統(tǒng)采取的控制思路略有差異,系統(tǒng)的加熱方式上差異也較大,對于系統(tǒng)的性能也會有很大的影響。

3 空調(diào)熱水器相關(guān)安全標(biāo)準(zhǔn)分析

3.1 IEC 60335-2-40[1]

IEC 60335-2-40:2002+A1:2005+A2:2005《家用和類似用途電器的安全熱泵、空調(diào)器和除濕機(jī)的特殊要求》由國際電工委員會起草并發(fā)布,屬于安全標(biāo)準(zhǔn),其內(nèi)容為強(qiáng)制性的。該標(biāo)準(zhǔn)主要適用于裝有全封閉式電動機(jī) -壓縮機(jī)和房間風(fēng)機(jī)盤管的熱泵(含生活用熱水熱泵)、空調(diào)器和除濕機(jī)的安全。從適用范圍而言,家用空調(diào)或者熱泵機(jī)組都適用于該標(biāo)準(zhǔn)。空調(diào)熱水器一般是由三個部分組成,室內(nèi)用的空調(diào)和室外用的類似空調(diào)室外機(jī)的空氣源熱泵熱水機(jī)組,通常還會有一個水箱 (有承壓式和非承壓式兩種)。從該標(biāo)準(zhǔn)的具體條文上看,未發(fā)現(xiàn)涉及水箱的特殊要求。

3.2 GB/T 23137-2008[2]

標(biāo)準(zhǔn) GB/T 23137-2008《熱泵熱水器》是由國內(nèi)相關(guān)單位起草的國家推薦性標(biāo)準(zhǔn),屬于產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)。該標(biāo)準(zhǔn)適用于電動機(jī)驅(qū)動,采用蒸汽壓縮制冷循環(huán),以空氣或水作為熱源,以提供熱水為目的的家用和類似用途的熱泵熱水器。其他熱源或用途的熱泵熱水器可參照使用。它規(guī)定了家用和類似用途熱泵熱水器 (以下簡稱熱泵熱水器)的產(chǎn)品分類、技術(shù)要求、試驗(yàn)方法、檢驗(yàn)規(guī)則、標(biāo)志、包裝、運(yùn)輸、貯存等,既包含了對熱泵熱水器的安全要求,同時也包含了其他 (如性能等)要求。同時,該標(biāo)準(zhǔn)還非等效采用了標(biāo)準(zhǔn) JRA 4050-2007《家用熱泵熱水器》作為標(biāo)準(zhǔn)的資料性附錄[3]。

3.3 IEC 60335-2-40和 GB/T23137-2008標(biāo)準(zhǔn)的內(nèi)容差異

見表 2。

表 2 IEC 60335-2-40和 GB/T23137-2008的比較

4 測試結(jié)果及原因分析

4.1 代表性樣品測試結(jié)果

課題組依據(jù) IEC 60335-1:2001+A1:2004+A2:2006[7]和 IEC60335-2-40(以下簡稱 IEC 60335-1和 IEC60335-2-40)對代表性樣品進(jìn)行型式試驗(yàn),試驗(yàn)結(jié)果見表 3。

表 3 代表性樣品測試結(jié)果一覽表

(續(xù)表)

4.2 問題及其原因分析

對代表性樣品的試驗(yàn)結(jié)果分析見表 4。

表 4 代表性樣品問題及原因分析

5 按 IEC 60335-2-40對空調(diào)熱水器產(chǎn)品進(jìn)行安全檢測的適用性和完備性分析

5.1 IEC 60335-2-40的全部條款適用于空調(diào)熱水器產(chǎn)品

從結(jié)構(gòu)組成上看,空調(diào)熱水器產(chǎn)品的核心組件中,壓縮機(jī)、換熱器、節(jié)流機(jī)構(gòu)、換向機(jī)構(gòu)、控制電路等均與 IEC 60335-2-40適用范圍內(nèi)的空調(diào)器和熱泵熱水機(jī)組一致。

在對代表性樣品的試驗(yàn)過程中,按 IEC 60335-2-40進(jìn)行試驗(yàn)具備操作性,未發(fā)現(xiàn)與產(chǎn)品特征明顯矛盾的現(xiàn)象。從試驗(yàn)結(jié)果來看,發(fā)現(xiàn)了現(xiàn)有的代表性樣品存在的部分問題,這表明按 IEC 60335-2-40對該類產(chǎn)品進(jìn)行檢驗(yàn)具有有效性。

綜合空調(diào)熱水器產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)組成、工作原理和對代表性樣品的試驗(yàn)結(jié)果,IEC 60335-2-40內(nèi)的全部條款適用于該類產(chǎn)品。

5.2 按 IEC 60335-2-40對空調(diào)熱水器進(jìn)行安全檢測是不完備的

從結(jié)構(gòu)組成上看,空調(diào)熱水器產(chǎn)品比空調(diào)器、熱泵熱水機(jī)組增加了部分組件,如水箱、輔熱裝置等。對這些內(nèi)容,IEC 60335-2-40均未明確規(guī)定。

從工作原理上看,空調(diào)熱水器比空調(diào)器、熱泵熱水機(jī)組增加了制冷 +制熱水和制熱 +制熱水的工作模式。增加了這些工作模式后,空調(diào)熱水器產(chǎn)品的控制電路明顯更為復(fù)雜、涉及的閥體也更多,這就不可避免地給整套系統(tǒng)帶來更多的潛在問題點(diǎn)。如果生產(chǎn)企業(yè)僅按照 IEC 60335-2-40進(jìn)行空調(diào)熱水器產(chǎn)品的設(shè)計(jì)和生產(chǎn),可能會因?yàn)閷π略龅膯栴}點(diǎn)估計(jì)不足而導(dǎo)致危險(xiǎn)。

代表性樣品中,其中 B樣機(jī) RS-36B2型和 C樣機(jī) KRSJF-35(50)/C配備了承壓式水箱,水箱內(nèi)的水溫在正常工作時處于變化的狀態(tài),由于承壓式水箱的密封性,這必然帶來水箱內(nèi)部壓力的變化。水箱的耐壓能力不足和泄壓裝置設(shè)計(jì)不合理,均可能發(fā)生水箱泄露、破裂等,從而造成燙傷、威脅周圍環(huán)境等危害。因此,必須對水箱的設(shè)計(jì)進(jìn)行試驗(yàn)考核。試驗(yàn)情況表明,按照 IEC 60335-2-40對上述兩款產(chǎn)品進(jìn)行試驗(yàn)時,無合適的條款可對配套的水箱進(jìn)行試驗(yàn)。即對本次試驗(yàn)中的代表性樣品,雖然按 IEC 60335-2-40檢驗(yàn)的結(jié)果為合格,但仍然不能判定該產(chǎn)品符合安全的原則。

6 空調(diào)熱水器安全標(biāo)準(zhǔn)修訂建議

綜上所述,空調(diào)熱水器雖然與空調(diào)、熱泵熱水機(jī)組存在諸多共同點(diǎn),但其結(jié)構(gòu)更復(fù)雜、功能更豐富,對企業(yè)的設(shè)計(jì)能力和生產(chǎn)能力的要求也更高,僅按 IEC 60335-2-40對該類產(chǎn)品進(jìn)行安全檢測存在不完備之處。應(yīng)在標(biāo)準(zhǔn) IEC 60335-2-40的基礎(chǔ)上進(jìn)行完善,使其更加科學(xué)合理。

經(jīng)過對空調(diào)熱水器產(chǎn)品的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、工作原理的分析,以及對代表性樣品進(jìn)行試驗(yàn)與分析,對于空調(diào)熱水器的安全檢測標(biāo)準(zhǔn),課題組建議在 IEC 60335-2-40標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上,在以下幾個方面提出修訂建議:

(1)增加水箱的試驗(yàn)要求。對承壓式水箱主要考慮其承壓能力、泄壓裝置的設(shè)計(jì)是否合理;對開啟式水箱主要考慮其控制裝置和保護(hù)裝置的設(shè)計(jì)是否合理。

(2)增加對輔助加熱裝置的試驗(yàn)要求。雖然目前市場上帶輔助加熱裝置的空調(diào)熱水器產(chǎn)品很少,但對北方地區(qū)年平均氣溫較低的區(qū)域仍有使用輔助加熱裝置的需求,因此仍需考慮輔助加熱裝置的要求;

(3)增加空調(diào)熱水器產(chǎn)品相關(guān)的術(shù)語定義。目前尚無完全適用于空調(diào)熱水器的標(biāo)準(zhǔn),用于描述該類產(chǎn)品的靜態(tài)特征和動態(tài)特征的術(shù)語在行業(yè)內(nèi)理解存在較大差異,增加相關(guān)的術(shù)語的定義,有利于統(tǒng)一對空調(diào)熱水器產(chǎn)品的統(tǒng)一描述;

(4)修改 IEC 60335-2-40中的“一般工作條件”。該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的“一般工作條件”適用于空調(diào)產(chǎn)品和熱泵熱水機(jī)組,但這兩者的組合產(chǎn)品仍需進(jìn)一步明確,以統(tǒng)一試驗(yàn)條件;

(5)進(jìn)一步明確 IEC 60335-2-40中有爭議的情況。主要在兩個方面,一是空調(diào)的室外機(jī)外殼是否屬于易觸及部件。該問題在行業(yè)內(nèi)有較大的誤解,多數(shù)認(rèn)為其不屬于易觸及部件。據(jù)觀察,在日常生活當(dāng)中隨處可見室外機(jī)的工質(zhì)管路 (高溫達(dá)100℃以上)為公眾易觸及的情況?？照{(diào)熱水器除室外機(jī)之外,靜態(tài)加熱式水箱亦存在類似的問題,當(dāng)室外機(jī)和水箱安裝于地面層、陽臺或類似的公眾易接近的環(huán)境時,暴露的高溫銅管可能對人造成熱傷害。二是關(guān)于接線端子座的固定問題。在 IEC 60335-1和 IEC 60335-2-40標(biāo)準(zhǔn)中對端子提出了明確的要求,但對端子座的固定未直接提出。本次試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)端子可靠固定在端子座上,但端子座可以旋轉(zhuǎn)的情況。課題組認(rèn)為上述問題均屬于潛在的危險(xiǎn),建議予以明確;

(6)增加相關(guān)的標(biāo)志與說明。針對空調(diào)熱水器的產(chǎn)品特點(diǎn),增加相應(yīng)的標(biāo)識和說明。

[1] IEC 60335-2-40:2002+A1:2005+A2:2005家用和類似用途電器的安全熱泵、空調(diào)器和除濕機(jī)的特殊要求[S].

[2] GB/T 23137-2008家用和類似用途熱泵熱水器[S].

[3] JRA 4050:2007家用熱泵熱水器[S].

[4] GB 4706.11-2008家用和類似用途電器的安全快熱式熱水器的特殊要求[S].

[5] GB 4706.12-2006家用和類似用途電器的安全儲水式熱水器的特殊要求[S].

[6] GB 4706.32-2004家用和類似用途電器的安全熱泵、空調(diào)器和除濕機(jī)的特殊要求[S].

[7] IEC 60335-1:2001+A1:2004+A2:2006家用和類似用途電器的安全第一部分:通用要求[S].