熱泵熱水器五大重要技術標準

　　熱泵空氣能熱水器知識入門-特點-分類篇:對額定運行的進風溫度，R134a制冷劑的尷尬，CO2為制冷劑的熱泵熱水器，商用熱泵熱水機的環(huán)境溫度范圍等熱泵熱水器五個重要技術標準的闡述。

　　熱泵熱水器五大重要技術標準

　　對于一種新興產品，科學、合理的技術標準可以為產品研發(fā)和行業(yè)發(fā)展提供強大的推動力;反之，技術標準中的缺陷可能對整個行業(yè)的發(fā)展產生消極影響。

　　近年來，熱泵熱水器市場發(fā)展迅速。對于一種新興產品，科學、合理的技術標準可以為產品研發(fā)和行業(yè)發(fā)展提供強大的推動力;反之，技術標準中的缺陷可能對整個行業(yè)的發(fā)展產生消極影響。本文將列舉一些筆者發(fā)現(xiàn)的熱泵熱水器現(xiàn)行標準存在的問題。

　　額定運行的進風溫度

　　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行的進風溫度。該溫度比國際電工委員會(IEC)推薦的進風溫度高5℃，比日本制冷工業(yè)協(xié)會(JRA)標準規(guī)定的進風溫度高4℃。然而，這看似不大的差異卻影響深遠。

　　額定運行條件下的運行參數(shù)是產品性能的代表性指標，出于市場競爭的考慮，制造企業(yè)在設計時都盡可能在額定運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)有空調壓縮機的冷凝溫度上限一般為65℃，通常在熱水溫度達到55℃時，冷凝溫度已經接近該上限范圍。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經濟性等因素，熱泵制造企業(yè)很難采取類似在空調設計中保留溫度裕量的措施，來保證產品的可靠性。因此，熱泵熱水器制造企業(yè)采用了多種解決方案，如使用動作溫度較高的壓力開關，使壓縮機在短期內以高于上限值的冷凝溫度運行;采取冷凝溫度上限較高的T3氣候類型壓縮機，允許冷凝溫度高達70℃等。其中，引人注目的是開發(fā)熱泵熱水器專用壓縮機。

　　然而，由于空氣源熱泵的制熱能力受進風溫度影響較大，在住宅場所使用時，當進風溫度較低時，會出現(xiàn)熱水不夠用的情況。一般情況下，在進風溫度達到15℃時，空氣源熱泵熱水器的制熱能力可以達到較高水平，不會出現(xiàn)熱水不夠用的情況。如果將15℃作為額定運行的進風溫度，熱泵熱水器的防超溫保護功能在進風溫度超過15℃時將發(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)熱負荷，這使冷凝溫度受到限制。這種措施對于防止系統(tǒng)超溫運行是簡單有效的。因此，筆者認為，對于熱泵熱水器而言，冷凝溫度上限為65℃的常規(guī)空調壓縮機足以勝任熱泵系統(tǒng)要求。

　　筆者不能確定，在GB/T23137-2008的編制過程中，起草人是否對熱泵熱水器額定運行的進風溫度在超溫保護方面進行過充分的論證，也許在其他方面有更充分的理由，支持標準將進風溫度設定為20℃。在較高水溫下壓縮機的穩(wěn)定可靠運行是近年來熱泵熱水器行業(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，包括使用價格高昂的R417A制冷劑;甚至不顧CCC認證有關規(guī)定和標準的限制，自行調配混合制冷劑。事實上，只要對標準進行修訂，以15℃的進風溫度作為空氣源熱泵額定運行參數(shù)，就可以解決目前存在的問題。

　　R134a制冷劑的尷尬

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

　　因此，使用R134a制冷劑的熱泵熱水器幾乎在國內市場絕跡，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)已經停止使用，相對于其他常用制冷劑(如R407C、R410A和R417A)而言，R134a制冷劑在臭氧損耗潛值(ODP)和溫室效應潛值(GWP)等方面具有優(yōu)勢。

　　在高冷凝溫度下運行時，R134a壓縮機的排氣溫度較低;在較高水溫下，R134a壓縮機仍然可以保持運行的穩(wěn)定性和可靠性。R134a系統(tǒng)明顯的缺點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的工作范圍，明顯比現(xiàn)有滾動轉子式壓縮機大，能夠更好地應對較寬的運行范圍要求，性能與一些新開發(fā)或正在開發(fā)的熱泵熱水器專用滾動轉子壓縮機大致相當。

　　綜上所述，R134a系統(tǒng)的技術經濟性不亞于采用R22、R407C、R410A、R417A的系統(tǒng)。筆者認為，因較高的性能系數(shù)指標就將R134a排除在國內熱泵熱水器市場之外的策略并不恰當。

　　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》的內容基本源于JRA4050:2007《家用熱泵熱水器》。如果對熱泵制冷系統(tǒng)的壓力安全特性進行比較，就會發(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，國內尚未發(fā)布針對這類問題的適用標準。國際上，除了JRA標準，已經正式發(fā)布的標準有歐盟EN378系列標準2008版以及正在修訂的ISO5149系列標準。由于標準體系的差異，關于制冷系統(tǒng)的壓力安全要求，JRA標準與EN標準和ISO標準存在一些差異，EN378和ISO5149屬于ISO/IEC體系，GB/T23137-2008引用的安全標準是GB4706.32-2004《家用和類似用途電器的安全熱泵、空調器和除濕機的特殊要求》，GB4706.32-2004關于壓力安全部分則引用了GB9237-2001《制冷和制熱用機械制冷系統(tǒng)安全要求》，而GB9237-2001等效采用ISO5149:1993。換言之，按中國標準管理體系的做法，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體系中的相應標準。

　　由此可見，在將要制定的標準中，關于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系列標準以及已經發(fā)布的EN378系列標準相同。在此背景下，GB/T23137-2008附錄A的相應要求，既與本標準正文采用的GB4706.32安全標準體系不一致，也與將來制定的同類標準不一致。不難看出，GB/T23137-2008以附錄A作為資料性附錄是弊大于利的。

　　商用熱泵熱水機標準的安全要求

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

　　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，可參照使用該標準。相比而言，GB/T21362-2008的安全要求較低。因此，如果沒有補充相應要求，直接采用GB/T21362-2008生產家用熱泵熱水器，產品安全性的某些指標將不符合相關強制標準(如GB4706.32-2004)的規(guī)定，后果不言而喻。

　　同時，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ANSI/ASHRAE15-1992《機械制冷安全規(guī)范》。一般情況下，壓力安全管理通常包括安裝場所的分類、系統(tǒng)分類、制冷劑的選用、系統(tǒng)設計壓力確定、零部件強度要求、保護裝置配置和試驗等。但是，JB8654-1997基本未對上述內容做出明確規(guī)定，在引用標準和正文中均沒有提及ANSI/ASHRAE15，也沒有引用ANSI/ASHRAE15的主要內容。可見，GB/T21362-2008缺少關于壓力安全的要求。而壓力安全是制冷系統(tǒng)機械安全的核心，標準存在這樣的問題有些不可思議。作為現(xiàn)行的強制性安全標準，GB9237-2001《制冷和供熱用機械制冷系統(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，只要適當引用GB9237-2001作為GB/T21362-2008的壓力安全要求，就可以解決這個問題。

　　GB/T18430.2-2008《戶用和類似用途的冷水(熱泵)機組》也經常被當作熱泵熱水器的標準使用。由于該標準是按照家用電器的相關要求制定的，在適用范圍上不存在問題。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相似的問題。

　　商用熱泵熱水機的環(huán)境溫度范圍

　　GB/T21326-2008規(guī)定的空氣源熱泵運行蒸發(fā)側進風溫度分為兩個范圍：普通型為0~43℃，低溫型為-10~38℃。根據(jù)中國氣象數(shù)據(jù)，除青海、寧夏外，中國大陸地區(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38℃，但是超過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，如果僅從技術規(guī)范的數(shù)據(jù)來考慮，普通型產品的適用運行范圍只有海南省，而低溫型產品的適用運行范圍只有青海、寧夏地區(qū)，在冬季運行條件下，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℃，中國各省市的多數(shù)運行時間的室外溫度都符合此要求。因此，GB/T21326-2008對運行溫度范圍的劃分方式是否適宜，需要認真探討。

　　另外，由于GB/T21326-2008也將20℃作為空氣源熱泵熱水機額定運行的進風溫度，該標準存在與GB/T23137-2008相同的問題。