陳文強(qiáng)

廣東美的暖通設(shè)備有限公司，中國(guó)·廣東 佛山 528311

1 引言

隨著全球各國(guó)對(duì)氣候暖化的認(rèn)識(shí)逐步加深，節(jié)能環(huán)保政策逐步在各國(guó)落地生根，熱泵熱水器產(chǎn)品受到各地市場(chǎng)的普遍認(rèn)可，尤其是空氣源熱泵，以其安裝便利、性價(jià)比高的特性更是成為市場(chǎng)的寵兒。目前，空氣源熱泵熱水器的主要銷售市場(chǎng)為東亞、歐洲、北美、澳洲和南非等地區(qū)，各地都針對(duì)空氣源熱泵熱水器制定了相應(yīng)的測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)來規(guī)范熱泵熱水器市場(chǎng)。例如，中國(guó)有國(guó)標(biāo)，歐洲有ErP指令，澳洲有SMK和WMK認(rèn)證。論文針對(duì)南非市場(chǎng)的關(guān)于空氣源熱泵熱水器的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行介紹和解讀。

空氣源熱泵熱水器，要想順利進(jìn)入南非市場(chǎng)，必須通過安規(guī)和EMC電磁兼容測(cè)試認(rèn)證，以及滿足相應(yīng)的產(chǎn)品性能標(biāo)準(zhǔn)要求。

2 安規(guī)和EMC要求

南非市場(chǎng)針對(duì)空氣源熱泵熱水器需要滿足IEC 60335-1和IEC 60335-2-40的相應(yīng)要求，其與歐盟標(biāo)準(zhǔn)要求相同，對(duì)應(yīng)中國(guó)國(guó)標(biāo)GB 4706.1和GB 4706.12的要求。只要滿足CE認(rèn)證的要求，即可滿足南非市場(chǎng)的安規(guī)和EMC要求。

3 性能要求

南非市場(chǎng)針對(duì)空氣源熱泵熱水器的性能表現(xiàn)，制定了有別于其他市場(chǎng)的測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)。具體地有如下兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)需要應(yīng)對(duì)，分別是SANS 1687:2018 Domestic air source water heating heat pump systems（家用空氣源熱泵熱水系統(tǒng)）和SANS 151:2020 Fixed electric storage water heaters（固定式儲(chǔ)水電熱水器）。以下將分別對(duì)這兩個(gè)測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)做分析解讀。

3.1 SANS 1687:2018中關(guān)鍵點(diǎn)解讀

3.1.1 適用范圍

該標(biāo)準(zhǔn)適用于匹配落入SANS 151要求的450L以下儲(chǔ)水箱的空氣源生活熱水熱泵熱水器，適用電源限制在交流單相電源，電壓不超過250V。該標(biāo)準(zhǔn)不適用于泳池?zé)岜谩⒐ど虡I(yè)熱泵以及輔助熱源為太陽(yáng)能的熱泵系統(tǒng)。

3.1.2 一般性要求

該標(biāo)準(zhǔn)關(guān)于熱泵系統(tǒng)的一般性要求與中國(guó)國(guó)標(biāo)的要求沒有實(shí)質(zhì)性區(qū)別，包括材料、密封、防腐、安裝、減振等方面，特別的水箱需要符合SANS 151的要求。

3.1.3 性能要求

該標(biāo)準(zhǔn)對(duì)熱泵系統(tǒng)性能的要求主要體現(xiàn)在能效（COP）、水溫穩(wěn)定性方面。

關(guān)于熱泵性能參數(shù)COP有兩種定義，分別為加熱系統(tǒng)COP（system COP）和用水COP（tapping COP）。其中加熱系統(tǒng)COP定義為熱泵機(jī)組（系統(tǒng)）將水箱和管道中的水從低水溫加熱到高水溫過程的COP，用水COP則定義為熱泵機(jī)組（系統(tǒng)）在標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定方法的模擬用水狀態(tài)下測(cè)試的COP。

標(biāo)準(zhǔn)要求額定工況下系統(tǒng)COP≥2.0、用水COP≥2.0、極限工況COP≥0.8，且實(shí)測(cè)值需大于等于能效標(biāo)簽上的明示值。

銘牌標(biāo)稱制熱能力和COP的測(cè)試工況：環(huán)境干球/濕球溫度為20/15℃，進(jìn)水/出水溫度為30/35℃。

3.1.4 測(cè)試方法

熱泵系統(tǒng)性能測(cè)試主要包含4種測(cè)試工況，具體如表1所示。

表1 測(cè)試工況

其中中溫工況測(cè)試過程分ABC三個(gè)階段，需要測(cè)試和計(jì)算COP。

A階段：加熱階段。水箱水溫從25℃加熱到60℃（要求加熱時(shí)間不大于6小時(shí)），加熱完成后，使用如下公式1[1]計(jì)算系統(tǒng)COP?？傻茫?/p>

式中：SCOP為系統(tǒng)COP；Vt為測(cè)試用水箱實(shí)際容積，單位是L；ρf為終止時(shí)水箱平均水溫對(duì)應(yīng)的密度，單位是kg/L；ρs為開始時(shí)水箱平均水溫對(duì)應(yīng)的密度，單位是kg/L；Uff為終止時(shí)水箱平均水溫對(duì)應(yīng)的內(nèi)能，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)表B.1確定，單位是kJ/kg；Ufs為加熱開始時(shí)水箱平均水溫對(duì)應(yīng)的內(nèi)能，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)表B.1確定，單位是kJ/kg；Kff為終止時(shí)水箱平均水溫，單位是K；Kfs為開始時(shí)水箱平均水溫，單位是K；Etot為加熱過程總耗電量，單位是kJ。

B階段：模擬用水階段。在A階段完成并在熱泵停機(jī)10～15分鐘后進(jìn)入測(cè)試，根據(jù)表2的用水速度和標(biāo)準(zhǔn)文本對(duì)應(yīng)容積確定模擬用水方案，放水過程中出水溫度不能低于50℃。用水階段中記錄進(jìn)水溫度的平均值作為Kfs、出水溫度的平均值作為Kff、總用水量作為Vt，使用公式1計(jì)算得到用水能效tapping COP。

表2 模擬用水需求

C階段：一次供水量測(cè)試階段，一次性放出所有熱水。在B階段熱泵加熱停止后開始放水，直到放出水箱額定容積的水量為止，要求出水溫度的平均值不低于50℃，溫降速度不大于5℃/min。放水速度如表3所示。

表3 C階段放水速度

其中，極限工況也需要測(cè)試ABC三個(gè)階段，需要測(cè)試和計(jì)算COP以及供水溫度。A階段測(cè)試同中溫工況，測(cè)試和計(jì)算系統(tǒng)SCOP，B階段只需要維持穩(wěn)定30min即可，C階段同中溫工況的C階段方法測(cè)試，要求出水溫度溫降速度不大于5℃/min。

3.2 SANS 151:2020中關(guān)鍵點(diǎn)解讀

3.2.1 水箱的一般要求

水箱的材料、強(qiáng)度等與歐洲的類似，論文不做詳細(xì)介紹。

3.2.2 保溫性能要求

標(biāo)準(zhǔn)對(duì)儲(chǔ)水箱的保溫性能測(cè)試有兩種方案，對(duì)于自帶電加熱的水箱采用24小時(shí)能耗，對(duì)于沒有電加熱的水箱采用12小時(shí)能耗。

其中24小時(shí)能耗的測(cè)試方法是在20℃環(huán)境下通過自帶電加熱將水箱水溫維持在65℃持續(xù)48小時(shí)，測(cè)試出水箱在24小時(shí)的耗電量后計(jì)算水箱熱損失S。計(jì)算方法如公式2[2]所示：

式中：S為水箱熱損失，單位是W/h；Qpr為24小時(shí)能耗，單位是kWh；E1為48小時(shí)總能耗，單位是kWh；θamb為平均環(huán)境溫度，單位是℃。

其中，12小時(shí)能耗的測(cè)試方法是在（20±3）℃環(huán)境下將水箱水溫維持在（65±1.5）℃

持續(xù)12小時(shí)，測(cè)試出水箱在12小時(shí)的水的內(nèi)能損耗后計(jì)算水箱熱損失S。計(jì)算方法如公式3所示：

其中，S為水箱熱損失，單位是W/h；QLOS為12小時(shí)熱損失，單位是MJ；Vs為水容積，單位是L；Pw為水的密度，單位是kg/m3；Cpw為水的定壓比熱，單位是J/kg·K；ti為初始水溫，單位是℃；tf為終止水溫，單位是℃。

對(duì)于測(cè)試計(jì)算的水箱熱損失必須根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)中表E.1標(biāo)注能效等級(jí)，并滿足最低能效要求。

4 結(jié)語(yǔ)

綜合而言，南非市場(chǎng)的空氣源熱泵熱水器標(biāo)準(zhǔn)主要是參考了歐洲的熱泵熱水器標(biāo)準(zhǔn)[3]思路，又有一定的自有特色，寄望論文對(duì)其中的關(guān)鍵條文做的解讀，能給面向南非市場(chǎng)的熱泵熱水器產(chǎn)品的設(shè)計(jì)起到一定的參考作用。