帶空氣側經濟器的屋頂機基于UL 60335標準的防水試驗

段平森

（特靈科技亞太工程技術中心，上海200051）

0 引言

空氣側經濟器作為附件安裝在屋頂機的室內側，通過新風風閥將整機室內側和室外環(huán)境連接。空調整機工作時，通過控制風閥開度大小合理引入室外新風，達到節(jié)能和換氣的效果[1]?？諝鈧冉洕饕胧彝庑嘛L時，需要應對刮風和下雨等天氣狀況，且整機室內側為負壓，因此防水驗證是一項重要試驗。圖1 為空氣側經濟器在屋頂機上的位置示意：左側上方突起較大的三角形為進氣裝置，其內部底部安裝有進氣過濾網，頂部右側面安裝有新風風閥；左側下方較小的三角形為過壓釋放裝置，內部側面安裝有泄壓風閥。

圖1 空氣側經濟器在屋頂機上的位置示意

空氣側經濟器在國內應用不多，但在北美地區(qū)廣泛使用，這是因為ASHARE 90.1規(guī)定美國大部分地區(qū)不小于4.5冷噸的風冷空調設備必安裝該選項。早期的屋頂機產品主要基于UL 1995標準進行各種安全試驗和認證。從2020年11月20日起，新開發(fā)的屋頂機產品將使用UL 60335標準（現有產品從2022年11月30日執(zhí)行）替代UL 1995標準。因此，對于帶空氣側經濟器的屋頂機產品，當前應當使用UL 60335標準進行防水試驗。

1 標準背景

UL 60335 標準（家用和類似用途電器的安全）包括2部分：UL 60335 -1（我國等同標準為GB 4706.1）為針對電器設備安全的一般要求；UL 60335-2-40（我國等同標準為GB 4706.3）為針對電動熱泵、空調器和去濕器的詳細要求。UL 60335標準使用IP防護等級來定義空調設備的防水能力，要求戶外空調設備至少達到IPX4的防水等級[2-5]。

IP防護等級由IEC（國際電工協(xié)會）起草，將電器依其防塵防濕氣之特性加以分級。IP防護等級由2個數字所組成，第一個數字表示電器防塵、防止外物侵入的等級，使用字母X時表示不作要求；第二個數字表示電器防濕氣、防水浸入的密閉程度，數字越大表示其防護等級越高。對應標準為IEC 60529（國際電工委員會防塵防水等級標準，我國等同標準為GB/T 4208）。表1對第二個數字4所表示的密閉防護等級進行了簡要描述和定義。IPX4表示空調設備可以防護任意方向的噴濺水而不會對設備造成有害影響[6-7]。

表1 第二個數字4所表示的密閉防護等級[6-7]

2 試驗要求

IEC 60529詳細定義了IPX4防護等級的試驗方法、試驗條件和接受標準等內容。

2.1 試驗方法

IPX4防水試驗可采用2種方法：使用擺管淋試驗機和使用手持式淋雨花灑[6-7]。圖2為擺管淋雨試驗裝置示意；圖3為手持式淋雨花灑噴頭示意，其詳細參數規(guī)格如圖4所示。前者通常用于對體積較小的設備進行測試，后者更適合對體積較大的產品進行測試。

圖2 擺管淋雨試驗裝置示意

圖3 手持式淋雨花灑噴頭示意

圖4 IPX4適用的淋雨花灑噴頭的參數規(guī)格

本文的研究對象適合采用手持式淋雨花灑進行防水試驗，表2列出了IPX4對應的試驗方法和主要的試驗條件[6-7]。相對于UL 1995標準固定的雨水噴灑角度，UL 60335 標準的IPX4 防護等級要求對測試對象進行全方位的雨水噴灑驗證。圖5為使用手持式淋雨花灑噴頭對空氣側經濟器的新風進氣裝置成一定角度噴灑雨水。

2.2 試驗條件

試驗用清水進行，花灑的水流量和試驗持續(xù)時間的要求如表2所示。水溫與試驗對象的溫差要求不大于5 K，這樣可以減少試驗對象機殼內部冷凝水的產生。試驗過程中注意識別，不要將機殼內凝露水的沉積當作進水。

圖5 使用手持式淋雨花灑噴頭成一定角度噴灑雨水

表2 使用手持式淋雨花灑進行IPX4防水試驗的方法和主要試驗條件[6-7]

試驗時，將花灑噴頭上的擋板去除，使測試對象在各個可能的方向都能受到濺水。調節(jié)水壓，使其達到規(guī)定的水流量。水壓范圍為0.05～0.15 MPa，測試時維持壓力恒定。試驗時間根據外殼表面積按照1 min/m2來計算，一般考慮+10%的表面積偏差，最少測試5 min[6-7]。測試對象在帶電的情況下進行試驗時，要采用足夠的安全措施。

2.3 接受條件

實驗結束后檢查外殼進水情況。測試對象的產品標準應當規(guī)定允許的進水量及耐電壓試驗細節(jié)。測試完成后還應當針對強電部件完成泄漏電流和電氣強度試驗。如果進水，應當不足以影響設備的正常操作或破壞安全性；水不聚集在可能導致爬電距離引起漏電起痕的絕緣部件上；水不進入帶電部件，或進入不允許在潮濕狀態(tài)下運行的繞組；水不聚集在電纜頭附近或者進入電纜。如外殼有泄水孔，應通過觀察證明進水不會積聚，且能排出而不損害設備。對沒有泄水孔的設備，如發(fā)生水聚集并危及帶電部分時，測試對象的產品標準應規(guī)定接受條件。

由于空氣側經濟器為弱電非標配選項，且通常遠離整機的強電部件，因此當前UL機構針對屋頂機整機的防水認證并不要求安裝該選項。對于安裝有空氣側經濟器的屋頂機，試驗后要確保整機的回風口無雨水進入，其它部件如果有雨水附著應當不影響產品功能和安全性（一般以產品標準為依據）。通常不涉及到整機強電部件的泄漏電流和電氣強度試驗。

3 試驗工況

以上為遵循UL 60335標準進行IPX4防護等級的防水試驗需要遵循的通用試驗要求，其并不針對特定測試對象指定是否需要帶電運行，及需要定義何種測試工況。對于安裝有空氣側經濟器的屋頂機，還應當根據產品的特點和應用需求定義整機的試驗工況，模擬典型應用和極限情況。

3.1 風閥開度設置

空氣側經濟器的主要功能是節(jié)能和換氣，通過控制模塊合理控制風閥的開度來引入新風是其核心。為了保證換氣功能，通常會為新風風閥設定最小開度，即非斷電等特殊情況，新風風閥只會關閉到設定的最小開度。參考北美市場上空氣側經濟器的工作模式，防水試驗可考慮新風風閥全開和最小開度2種情況。全開時用于環(huán)境適宜時最大程度引入新風；最小開度（如50%，通常允許設定多個值，一般取最大值）用于環(huán)境不適宜時引入適量新風保證換氣功能。這2種開度在空氣側經濟器工作時最為典型且能保持較長時間。過壓釋放裝置的風閥一般默認關閉，這是因為該風閥只有其內部壓力為正時才會打開，雨水進入的風險很低。

3.2 室內側風量設置

屋頂機工作時，室內側為負壓，這增加了雨水通過新風風閥進入整機內部的可能性。室內側的負壓值越大，雨水進入的風險越高。試驗數據顯示，室內側負壓的絕對值隨著送風量的增加而增加，因此可以通過控制風量大小來控制負壓大小。 通常選用名義風量和最大風量即可。以送風量范圍為3200～4800 CFM的空調整機為例，可以測試名義風量4000 CFM和最大風量4800 CFM。整機產品手冊通常提供室內側風系統(tǒng)的性能數據，包括風機轉速、軸功率、送風量、機外余壓和電動機/風機組件等信息，試驗時可以參考這些信息來確定室內側風系統(tǒng)的配置和運行狀態(tài)，確保電動機無過載等問題。

3.3 橫風模擬

戶外環(huán)境存在刮風和下雨同時存在的情況?？衫霉娘L機模擬橫風，方向正對新風進氣裝置。常用的風速值有0、10、20、30、40 MPH,分別測試并觀察和記錄整機室內側的進水情況，其中0 MPH表示無橫風，40 MPH為空調產品通?？紤]的最大風速。因為各地的自然環(huán)境不同，制造商應根據產品的主要銷售地區(qū)和應用需求來確定風速設定值。

3.4 試驗工況組合

進行防水試驗時，將上述3個變量進行組合即為整機的試驗工況（如表3）。其中多個橫風速度值可以全部測試，也可按需確定。切換每種試驗工況前確保整機充分干燥，方便觀察防水效果。

表3 進行防水試驗時的整機工況組合

4 試驗結果

表4為一組對安裝有空氣側經濟器的屋頂機進行防水試驗的研究對比數據。測試了典型應用和極限情況，同時研究了室內側風量、新風風閥開度、新風進氣裝置角度和過濾網不同時對防水效果的影響。進氣裝置角度高低代表擋雨板相對于地面的不同傾斜程度；過濾網型號I和II代表不同的物理特征和性能參數。試驗數據主要用于研究不同因素對防水效果的影響和確定改進方向，因此不對數據作詳細介紹，也不代表任何正式交付產品的最終結果。試驗結果表明，對于同一測試對象，增加室內側風量和新風風閥開度會增加進水風險；改變新風進氣裝置的設計，如擋雨板的角度和除塵過濾網的類型也會影響防水效果。

表4 對安裝有空氣側經濟器的屋頂機進行防水試驗的研究對比數據

5 結論

根據以上對試驗標準的解讀和對試驗結果的分析，得到以下結論：

1）帶空氣側經濟器的屋頂機基于UL 60335標準的防水試驗適用于IPX4防護等級。除了遵循標準規(guī)定的試驗要求，還需要根據產品的特點和應用需求定義整機的試驗工況，模擬典型應用和極限情況。

2）空氣側經濟器是弱電選配選項，防水試驗主要確保整機的回風口無雨水進入，其它部件如果有雨水附著應當不影響產品功能和安全性。

3）室內側的送風量、新風風閥開度和進氣裝置的設計均會影響防水效果。根據整機室內側的送風能力，合理設計風閥開度和進氣裝置有助于設備達到期望的防水效果。