空调热水器安全检测方法研究

陆 山 钱 劲 樊 锐 王粤威

(1.湖南出入境检验检疫局 湖南长沙 410000;2.珠海出入境检验检疫局)

1 前言

空调热水器是指利用热泵进行热量传递转移,以达到制热水和调节空气目的、集空调和热水器功能的一体机,业内宣传为节能、舒适、安全的第四代热水器。空调热水器在节能环保方面具有独特的优势,同时也比电热水器、燃气热水器具有更好的安全基础,在国内外均有广大的区域。随着社会经济快速发展,已开始逐渐进入家用行列。良好的市场预期将促使该类产品在未来几年内得以普及。

与此同时,国内、国际上对该类产品的安全检测没有形成标准,企业则从各自的角度出发,直接采用空调或热泵热水器的安全标准,或糅合以上两种产品标准进行质量控制,形成各自企业标准。在这种鱼龙混杂的情况下,消费者将首先成为受害群体,而最终损害的则是整个行业。

本文在课题研究的基础上,经过大量的实验室检测及科学严谨的分析,对空调热水器的安全检测方法提出了独到的观点。

2 空调热水器代表性样品结构对比分析

为全面评价空调热水器产品的安全及性能指标,本课题组在市场调研的基础上,抽取了目前市场上比较有代表性的 A、B、C、D四种品牌的空调热水器进行分析,其整机结构及功能具体见表 1。

总体上看,C、D厂商在系统上设计较为完善,所使用的元件也较 A、B品牌的厂商更优,C、D厂商的样品在整体设计上考虑得更加全面,其元件成本显著高于 A和 B。对代表性样品进行比较,其差异性如下:

(1)以上四款空调热水器有一个共同点:外机手操器控制热水,内机控制器控制空调开启。这使得人们在使用空调热水器系统时,保留了原对空调的操作习惯,在控制上,仅仅增加了一个热水控制器而已;

(2)空调热水器采用内机、外机和套管串联组成的系统,B、C和 D的空调热水机组内机、外机和套管 (或冷凝盘管)是通过并联的方式组成的系统;

表 1 代表性样品整机结构及功能比较

(3)A空调热水器模式切换通过停掉串联回路中内机、外机和套管中之一来实现的,B、C和 D的空调热水器是通过内机、外机和套管 (或冷凝铜管)切换支路来实现;

(4)A和 C空调热水采用的强电控制阀件较少,相对于B空调热水器的故障发生率亦较少;C和D对强弱点从物理上进行隔离,不在同一块电路板上,而 A和 B的主板强电和弱电均放在同一块主板上。从安全的角度考虑,将强、弱电隔离安装于不同的电路板上具有更高的安全效果;

(5)A、C和 D的空调热水器采取套管与水换热,使用寿命较长,而 B空调热水器采取水箱内盘的方式换热,换热效果虽然好些,但铜管易腐蚀,影响水箱及整机的使用寿命;

(6)A、C和D的空调热水器均采用套管换热器与水换热,C和 D使用了膨胀罐,用于补偿因水温变化出现的压力变化,配合压力阀实现定压补水功能;A未使用膨胀罐,在封闭式系统内,压力的变化将依赖于水箱的耐压能力和压力阀,因压力变化,可能会出现压力阀多次开关的情况;

(7)C空调热水器采用电子膨胀阀节流,A空调热水器用热力膨胀阀进行节流,运行范围以及稳定性都比B空调热水器的毛细管节流更优。从样机分析来看,A热力膨胀阀没有使用好,导致系统不能正常运行;

(8)C和D两个厂家的空调热水器虽然一个为接近商用的产品,一个为普通家用型,但两者的设计存在更多的共同点。可以认为,两者对空调热水器的研究水平相当接近,且高于 A和 B。

A样机以原有空调器为基础,在压缩机排气管上加入了套管换热器,以此来加热生活热水,而B、C和 D均经过了重新的设计,通过四通阀的切换来实现不同的工作模式,使得冷媒按照规定的流程进行循环。根据样机的对比,系统采取的控制思路略有差异,系统的加热方式上差异也较大,对于系统的性能也会有很大的影响。

3 空调热水器相关安全标准分析

3.1 IEC 60335-2-40[1]

IEC 60335-2-40:2002+A1:2005+A2:2005《家用和类似用途电器的安全热泵、空调器和除湿机的特殊要求》由国际电工委员会起草并发布,属于安全标准,其内容为强制性的。该标准主要适用于装有全封闭式电动机 -压缩机和房间风机盘管的热泵(含生活用热水热泵)、空调器和除湿机的安全。从适用范围而言,家用空调或者热泵机组都适用于该标准。空调热水器一般是由三个部分组成,室内用的空调和室外用的类似空调室外机的空气源热泵热水机组,通常还会有一个水箱 (有承压式和非承压式两种)。从该标准的具体条文上看,未发现涉及水箱的特殊要求。

3.2 GB/T 23137-2008[2]

标准 GB/T 23137-2008《热泵热水器》是由国内相关单位起草的国家推荐性标准,属于产品标准。该标准适用于电动机驱动,采用蒸汽压缩制冷循环,以空气或水作为热源,以提供热水为目的的家用和类似用途的热泵热水器。其他热源或用途的热泵热水器可参照使用。它规定了家用和类似用途热泵热水器 (以下简称热泵热水器)的产品分类、技术要求、试验方法、检验规则、标志、包装、运输、贮存等,既包含了对热泵热水器的安全要求,同时也包含了其他 (如性能等)要求。同时,该标准还非等效采用了标准 JRA 4050-2007《家用热泵热水器》作为标准的资料性附录[3]。

3.3 IEC 60335-2-40和 GB/T23137-2008标准的内容差异

见表 2。

表 2 IEC 60335-2-40和 GB/T23137-2008的比较

4 测试结果及原因分析

4.1 代表性样品测试结果

课题组依据 IEC 60335-1:2001+A1:2004+A2:2006[7]和 IEC60335-2-40(以下简称 IEC 60335-1和 IEC60335-2-40)对代表性样品进行型式试验,试验结果见表 3。

表 3 代表性样品测试结果一览表

(续表)

4.2 问题及其原因分析

对代表性样品的试验结果分析见表 4。

表 4 代表性样品问题及原因分析

5 按 IEC 60335-2-40对空调热水器产品进行安全检测的适用性和完备性分析

5.1 IEC 60335-2-40的全部条款适用于空调热水器产品

从结构组成上看,空调热水器产品的核心组件中,压缩机、换热器、节流机构、换向机构、控制电路等均与 IEC 60335-2-40适用范围内的空调器和热泵热水机组一致。

在对代表性样品的试验过程中,按 IEC 60335-2-40进行试验具备操作性,未发现与产品特征明显矛盾的现象。从试验结果来看,发现了现有的代表性样品存在的部分问题,这表明按 IEC 60335-2-40对该类产品进行检验具有有效性。

综合空调热水器产品的结构组成、工作原理和对代表性样品的试验结果,IEC 60335-2-40内的全部条款适用于该类产品。

5.2 按 IEC 60335-2-40对空调热水器进行安全检测是不完备的

从结构组成上看,空调热水器产品比空调器、热泵热水机组增加了部分组件,如水箱、辅热装置等。对这些内容,IEC 60335-2-40均未明确规定。

从工作原理上看,空调热水器比空调器、热泵热水机组增加了制冷 +制热水和制热 +制热水的工作模式。增加了这些工作模式后,空调热水器产品的控制电路明显更为复杂、涉及的阀体也更多,这就不可避免地给整套系统带来更多的潜在问题点。如果生产企业仅按照 IEC 60335-2-40进行空调热水器产品的设计和生产,可能会因为对新增的问题点估计不足而导致危险。

代表性样品中,其中 B样机 RS-36B2型和 C样机 KRSJF-35(50)/C配备了承压式水箱,水箱内的水温在正常工作时处于变化的状态,由于承压式水箱的密封性,这必然带来水箱内部压力的变化。水箱的耐压能力不足和泄压装置设计不合理,均可能发生水箱泄露、破裂等,从而造成烫伤、威胁周围环境等危害。因此,必须对水箱的设计进行试验考核。试验情况表明,按照 IEC 60335-2-40对上述两款产品进行试验时,无合适的条款可对配套的水箱进行试验。即对本次试验中的代表性样品,虽然按 IEC 60335-2-40检验的结果为合格,但仍然不能判定该产品符合安全的原则。

6 空调热水器安全标准修订建议

综上所述,空调热水器虽然与空调、热泵热水机组存在诸多共同点,但其结构更复杂、功能更丰富,对企业的设计能力和生产能力的要求也更高,仅按 IEC 60335-2-40对该类产品进行安全检测存在不完备之处。应在标准 IEC 60335-2-40的基础上进行完善,使其更加科学合理。

经过对空调热水器产品的内部结构、工作原理的分析,以及对代表性样品进行试验与分析,对于空调热水器的安全检测标准,课题组建议在 IEC 60335-2-40标准的基础上,在以下几个方面提出修订建议:

(1)增加水箱的试验要求。对承压式水箱主要考虑其承压能力、泄压装置的设计是否合理;对开启式水箱主要考虑其控制装置和保护装置的设计是否合理。

(2)增加对辅助加热装置的试验要求。虽然目前市场上带辅助加热装置的空调热水器产品很少,但对北方地区年平均气温较低的区域仍有使用辅助加热装置的需求,因此仍需考虑辅助加热装置的要求;

(3)增加空调热水器产品相关的术语定义。目前尚无完全适用于空调热水器的标准,用于描述该类产品的静态特征和动态特征的术语在行业内理解存在较大差异,增加相关的术语的定义,有利于统一对空调热水器产品的统一描述;

(4)修改 IEC 60335-2-40中的“一般工作条件”。该标准规定的“一般工作条件”适用于空调产品和热泵热水机组,但这两者的组合产品仍需进一步明确,以统一试验条件;

(5)进一步明确 IEC 60335-2-40中有争议的情况。主要在两个方面,一是空调的室外机外壳是否属于易触及部件。该问题在行业内有较大的误解,多数认为其不属于易触及部件。据观察,在日常生活当中随处可见室外机的工质管路 (高温达100℃以上)为公众易触及的情况。空调热水器除室外机之外,静态加热式水箱亦存在类似的问题,当室外机和水箱安装于地面层、阳台或类似的公众易接近的环境时,暴露的高温铜管可能对人造成热伤害。二是关于接线端子座的固定问题。在 IEC 60335-1和 IEC 60335-2-40标准中对端子提出了明确的要求,但对端子座的固定未直接提出。本次试验中发现端子可靠固定在端子座上,但端子座可以旋转的情况。课题组认为上述问题均属于潜在的危险,建议予以明确;

(6)增加相关的标志与说明。针对空调热水器的产品特点,增加相应的标识和说明。

[1] IEC 60335-2-40:2002+A1:2005+A2:2005家用和类似用途电器的安全热泵、空调器和除湿机的特殊要求[S].

[2] GB/T 23137-2008家用和类似用途热泵热水器[S].

[3] JRA 4050:2007家用热泵热水器[S].

[4] GB 4706.11-2008家用和类似用途电器的安全快热式热水器的特殊要求[S].

[5] GB 4706.12-2006家用和类似用途电器的安全储水式热水器的特殊要求[S].

[6] GB 4706.32-2004家用和类似用途电器的安全热泵、空调器和除湿机的特殊要求[S].

[7] IEC 60335-1:2001+A1:2004+A2:2006家用和类似用途电器的安全第一部分:通用要求[S].