熱泵熱水器五大重要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

　　熱泵空氣能熱水器知識(shí)入門(mén)-特點(diǎn)-分類篇:對(duì)額定運(yùn)行的進(jìn)風(fēng)溫度，R134a制冷劑的尷尬，CO2為制冷劑的熱泵熱水器，商用熱泵熱水機(jī)的環(huán)境溫度范圍等熱泵熱水器五個(gè)重要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的闡述。

　　熱泵熱水器五大重要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

　　對(duì)于一種新興產(chǎn)品，科學(xué)、合理的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)可以為產(chǎn)品研發(fā)和行業(yè)發(fā)展提供強(qiáng)大的推動(dòng)力;反之，技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)中的缺陷可能對(duì)整個(gè)行業(yè)的發(fā)展產(chǎn)生消極影響。

　　近年來(lái)，熱泵熱水器市場(chǎng)發(fā)展迅速。對(duì)于一種新興產(chǎn)品，科學(xué)、合理的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)可以為產(chǎn)品研發(fā)和行業(yè)發(fā)展提供強(qiáng)大的推動(dòng)力;反之，技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)中的缺陷可能對(duì)整個(gè)行業(yè)的發(fā)展產(chǎn)生消極影響。本文將列舉一些筆者發(fā)現(xiàn)的熱泵熱水器現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)存在的問(wèn)題。

　　額定運(yùn)行的進(jìn)風(fēng)溫度

　　GB/T23137-2008《家用和類似用途熱泵熱水器》將20℃作為空氣源熱泵熱水器額定運(yùn)行的進(jìn)風(fēng)溫度。該溫度比國(guó)際電工委員會(huì)(IEC)推薦的進(jìn)風(fēng)溫度高5℃，比日本制冷工業(yè)協(xié)會(huì)(JRA)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的進(jìn)風(fēng)溫度高4℃。然而，這看似不大的差異卻影響深遠(yuǎn)。

　　額定運(yùn)行條件下的運(yùn)行參數(shù)是產(chǎn)品性能的代表性指標(biāo)，出于市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的考慮，制造企業(yè)在設(shè)計(jì)時(shí)都盡可能在額定運(yùn)行條件下維持較高的蒸發(fā)溫度，以提高制熱能力和效率。但是，現(xiàn)有空調(diào)壓縮機(jī)的冷凝溫度上限一般為65℃，通常在熱水溫度達(dá)到55℃時(shí)，冷凝溫度已經(jīng)接近該上限范圍。考慮到性能參數(shù)分布具有一定的離散性以及冷凝器的技術(shù)經(jīng)濟(jì)性等因素，熱泵制造企業(yè)很難采取類似在空調(diào)設(shè)計(jì)中保留溫度裕量的措施，來(lái)保證產(chǎn)品的可靠性。因此，熱泵熱水器制造企業(yè)采用了多種解決方案，如使用動(dòng)作溫度較高的壓力開(kāi)關(guān)，使壓縮機(jī)在短期內(nèi)以高于上限值的冷凝溫度運(yùn)行;采取冷凝溫度上限較高的T3氣候類型壓縮機(jī)，允許冷凝溫度高達(dá)70℃等。其中，引人注目的是開(kāi)發(fā)熱泵熱水器專用壓縮機(jī)。

　　然而，由于空氣源熱泵的制熱能力受進(jìn)風(fēng)溫度影響較大，在住宅場(chǎng)所使用時(shí)，當(dāng)進(jìn)風(fēng)溫度較低時(shí)，會(huì)出現(xiàn)熱水不夠用的情況。一般情況下，在進(jìn)風(fēng)溫度達(dá)到15℃時(shí)，空氣源熱泵熱水器的制熱能力可以達(dá)到較高水平，不會(huì)出現(xiàn)熱水不夠用的情況。如果將15℃作為額定運(yùn)行的進(jìn)風(fēng)溫度，熱泵熱水器的防超溫保護(hù)功能在進(jìn)風(fēng)溫度超過(guò)15℃時(shí)將發(fā)揮作用，通常的措施是減少蒸發(fā)器的空氣流量，降低蒸發(fā)溫度，從而降低系統(tǒng)熱負(fù)荷，這使冷凝溫度受到限制。這種措施對(duì)于防止系統(tǒng)超溫運(yùn)行是簡(jiǎn)單有效的。因此，筆者認(rèn)為，對(duì)于熱泵熱水器而言，冷凝溫度上限為65℃的常規(guī)空調(diào)壓縮機(jī)足以勝任熱泵系統(tǒng)要求。

　　筆者不能確定，在GB/T23137-2008的編制過(guò)程中，起草人是否對(duì)熱泵熱水器額定運(yùn)行的進(jìn)風(fēng)溫度在超溫保護(hù)方面進(jìn)行過(guò)充分的論證，也許在其他方面有更充分的理由，支持標(biāo)準(zhǔn)將進(jìn)風(fēng)溫度設(shè)定為20℃。在較高水溫下壓縮機(jī)的穩(wěn)定可靠運(yùn)行是近年來(lái)熱泵熱水器行業(yè)的重要話題。令人不解的是，在多數(shù)情況下，制造企業(yè)更愿意采用高冷凝溫度的解決方案，包括使用價(jià)格高昂的R417A制冷劑;甚至不顧C(jī)CC認(rèn)證有關(guān)規(guī)定和標(biāo)準(zhǔn)的限制，自行調(diào)配混合制冷劑。事實(shí)上，只要對(duì)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行修訂，以15℃的進(jìn)風(fēng)溫度作為空氣源熱泵額定運(yùn)行參數(shù)，就可以解決目前存在的問(wèn)題。

　　R134a制冷劑的尷尬

　　GB/T23137-2008規(guī)定的能效比指標(biāo)較高，使用R134a制冷劑的系統(tǒng)通常難以滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。

　　因此，使用R134a制冷劑的熱泵熱水器幾乎在國(guó)內(nèi)市場(chǎng)絕跡，但是，歐洲、北美洲以及澳大利亞的空氣源熱泵熱水器仍普遍采用R134a制冷劑。由于R22制冷劑在這些地區(qū)已經(jīng)停止使用，相對(duì)于其他常用制冷劑(如R407C、R410A和R417A)而言，R134a制冷劑在臭氧損耗潛值(ODP)和溫室效應(yīng)潛值(GWP)等方面具有優(yōu)勢(shì)。

　　在高冷凝溫度下運(yùn)行時(shí)，R134a壓縮機(jī)的排氣溫度較低;在較高水溫下，R134a壓縮機(jī)仍然可以保持運(yùn)行的穩(wěn)定性和可靠性。R134a系統(tǒng)明顯的缺點(diǎn)是熱力效率低于使用R407C、R410A、R417A的同類系統(tǒng)。此外，部分R134a系統(tǒng)使用的高背壓活塞式壓縮機(jī)的工作范圍，明顯比現(xiàn)有滾動(dòng)轉(zhuǎn)子式壓縮機(jī)大，能夠更好地應(yīng)對(duì)較寬的運(yùn)行范圍要求，性能與一些新開(kāi)發(fā)或正在開(kāi)發(fā)的熱泵熱水器專用滾動(dòng)轉(zhuǎn)子壓縮機(jī)大致相當(dāng)。

　　綜上所述，R134a系統(tǒng)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)性不亞于采用R22、R407C、R410A、R417A的系統(tǒng)。筆者認(rèn)為，因較高的性能系數(shù)指標(biāo)就將R134a排除在國(guó)內(nèi)熱泵熱水器市場(chǎng)之外的策略并不恰當(dāng)。

　　CO2為制冷劑的熱泵熱水器

　　GB/T23137-2008的附錄A(資料性附錄)《以CO2為制冷劑的熱泵熱水器》的內(nèi)容基本源于JRA4050:2007《家用熱泵熱水器》。如果對(duì)熱泵制冷系統(tǒng)的壓力安全特性進(jìn)行比較，就會(huì)發(fā)現(xiàn)CO2為制冷劑的熱泵熱水器與常規(guī)使用碳氟類制冷劑的熱泵熱水器之間存在差異。前者采用跨臨界循環(huán)導(dǎo)致壓力安全特性與后者存在較大差異，而且前者的系統(tǒng)壓力較高。

　　目前，國(guó)內(nèi)尚未發(fā)布針對(duì)這類問(wèn)題的適用標(biāo)準(zhǔn)。國(guó)際上，除了JRA標(biāo)準(zhǔn)，已經(jīng)正式發(fā)布的標(biāo)準(zhǔn)有歐盟EN378系列標(biāo)準(zhǔn)2008版以及正在修訂的ISO5149系列標(biāo)準(zhǔn)。由于標(biāo)準(zhǔn)體系的差異，關(guān)于制冷系統(tǒng)的壓力安全要求，JRA標(biāo)準(zhǔn)與EN標(biāo)準(zhǔn)和ISO標(biāo)準(zhǔn)存在一些差異，EN378和ISO5149屬于ISO/IEC體系，GB/T23137-2008引用的安全標(biāo)準(zhǔn)是GB4706.32-2004《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》，GB4706.32-2004關(guān)于壓力安全部分則引用了GB9237-2001《制冷和制熱用機(jī)械制冷系統(tǒng)安全要求》，而GB9237-2001等效采用ISO5149:1993。換言之，按中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)管理體系的做法，今后正式制定以CO2為制冷劑的熱泵熱水器的安全要求，將采用IEC/ISO體系中的相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)。

　　由此可見(jiàn)，在將要制定的標(biāo)準(zhǔn)中，關(guān)于CO2跨臨界循環(huán)的壓力安全將有別于GB/T23137-2008的附錄A，而與即將發(fā)布的ISO5149系列標(biāo)準(zhǔn)以及已經(jīng)發(fā)布的EN378系列標(biāo)準(zhǔn)相同。在此背景下，GB/T23137-2008附錄A的相應(yīng)要求，既與本標(biāo)準(zhǔn)正文采用的GB4706.32安全標(biāo)準(zhǔn)體系不一致，也與將來(lái)制定的同類標(biāo)準(zhǔn)不一致。不難看出，GB/T23137-2008以附錄A作為資料性附錄是弊大于利的。

　　商用熱泵熱水機(jī)標(biāo)準(zhǔn)的安全要求

　　家用熱泵標(biāo)準(zhǔn)的安全要求比商用熱泵嚴(yán)格。目前，GB/T21362-2008《商業(yè)或工業(yè)及類似用途的熱泵熱水機(jī)》常常被一些制造企業(yè)視為與GB/T23137-2008等價(jià)的標(biāo)準(zhǔn)。

　　據(jù)筆者了解，存在這樣的理解是由于GB/T21362-2008在“范圍”中明確表示，商用或工業(yè)用及類似用途以外用途的熱泵熱水機(jī)，可參照使用該標(biāo)準(zhǔn)。相比而言，GB/T21362-2008的安全要求較低。因此，如果沒(méi)有補(bǔ)充相應(yīng)要求，直接采用GB/T21362-2008生產(chǎn)家用熱泵熱水器，產(chǎn)品安全性的某些指標(biāo)將不符合相關(guān)強(qiáng)制標(biāo)準(zhǔn)(如GB4706.32-2004)的規(guī)定，后果不言而喻。

　　同時(shí)，GB/T21362-2008在安全要求方面引用了JB8654-1997《容積式和離心式冷水(熱泵)機(jī)組安全要求》，而JB8654-1997在制冷系統(tǒng)壓力安全方面主要參照美國(guó)ANSI/ASHRAE15-1992《機(jī)械制冷安全規(guī)范》。一般情況下，壓力安全管理通常包括安裝場(chǎng)所的分類、系統(tǒng)分類、制冷劑的選用、系統(tǒng)設(shè)計(jì)壓力確定、零部件強(qiáng)度要求、保護(hù)裝置配置和試驗(yàn)等。但是，JB8654-1997基本未對(duì)上述內(nèi)容做出明確規(guī)定，在引用標(biāo)準(zhǔn)和正文中均沒(méi)有提及ANSI/ASHRAE15，也沒(méi)有引用ANSI/ASHRAE15的主要內(nèi)容?？梢?jiàn)，GB/T21362-2008缺少關(guān)于壓力安全的要求。而壓力安全是制冷系統(tǒng)機(jī)械安全的核心，標(biāo)準(zhǔn)存在這樣的問(wèn)題有些不可思議。作為現(xiàn)行的強(qiáng)制性安全標(biāo)準(zhǔn)，GB9237-2001《制冷和供熱用機(jī)械制冷系統(tǒng)安全要求》的適用范圍為，制冷劑在封閉的制冷回路里蒸發(fā)和冷凝的各種制冷系統(tǒng)。制冷回路包括熱泵和吸收系統(tǒng)，但不適用于用水或空氣作為制冷劑的系統(tǒng)。顯然，只要適當(dāng)引用GB9237-2001作為GB/T21362-2008的壓力安全要求，就可以解決這個(gè)問(wèn)題。

　　GB/T18430.2-2008《戶用和類似用途的冷水(熱泵)機(jī)組》也經(jīng)常被當(dāng)作熱泵熱水器的標(biāo)準(zhǔn)使用。由于該標(biāo)準(zhǔn)是按照家用電器的相關(guān)要求制定的，在適用范圍上不存在問(wèn)題。但是，GB/T18430.2-2008在制冷系統(tǒng)壓力安全要求方面，也存在與GB/T21362-2008相似的問(wèn)題。

　　商用熱泵熱水機(jī)的環(huán)境溫度范圍

　　GB/T21326-2008規(guī)定的空氣源熱泵運(yùn)行蒸發(fā)側(cè)進(jìn)風(fēng)溫度分為兩個(gè)范圍：普通型為0~43℃，低溫型為-10~38℃。根據(jù)中國(guó)氣象數(shù)據(jù)，除青海、寧夏外，中國(guó)大陸地區(qū)所有省、自治區(qū)、直轄市都有一些地區(qū)的夏季極限氣溫超過(guò)38℃，但是超過(guò)43℃的地區(qū)很少，而冬季極限氣溫不低于0℃的地區(qū)只有海南省。顯然，如果僅從技術(shù)規(guī)范的數(shù)據(jù)來(lái)考慮，普通型產(chǎn)品的適用運(yùn)行范圍只有海南省，而低溫型產(chǎn)品的適用運(yùn)行范圍只有青海、寧夏地區(qū)，在冬季運(yùn)行條件下，青海和寧夏的室外氣溫均低于-10℃。按照GB/T23137-2008的規(guī)定，一般情況下，熱泵允許使用環(huán)境溫度為-7~43℃，中國(guó)各省市的多數(shù)運(yùn)行時(shí)間的室外溫度都符合此要求。因此，GB/T21326-2008對(duì)運(yùn)行溫度范圍的劃分方式是否適宜，需要認(rèn)真探討。

　　另外，由于GB/T21326-2008也將20℃作為空氣源熱泵熱水機(jī)額定運(yùn)行的進(jìn)風(fēng)溫度，該標(biāo)準(zhǔn)存在與GB/T23137-2008相同的問(wèn)題。