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热泵热水器五大重要技术标准

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    热泵空气能热水器知识入门-特点-分类篇:对额定运行的进风温度,R134a制冷剂的尴尬,CO2为制冷剂的热泵热水器,商用热泵热水机的环境温度范围等热泵热水器五个重要技术标准的阐述。


  热泵热水器五大重要技术标准

  对于一种新兴产品,科学、合理的技术标准可以为产品研发和行业发展提供强大的推动力;反之,技术标准中的缺陷可能对整个行业的发展产生消极影响。

  近年来,热泵热水器市场发展迅速。对于一种新兴产品,科学、合理的技术标准可以为产品研发和行业发展提供强大的推动力;反之,技术标准中的缺陷可能对整个行业的发展产生消极影响。本文将列举一些笔者发现的热泵热水器现行标准存在的问题。

  额定运行的进风温度

  GB/T23137-2008《家用和类似用途热泵热水器》将20℃作为空气源热泵热水器额定运行的进风温度。该温度比国际电工委员会(IEC)推荐的进风温度高5℃,比日本制冷工业协会(JRA)标准规定的进风温度高4℃。然而,这看似不大的差异却影响深远。

  额定运行条件下的运行参数是产品性能的代表性指标,出于市场竞争的考虑,制造企业在设计时都尽可能在额定运行条件下维持较高的蒸发温度,以提高制热能力和效率。但是,现有空调压缩机的冷凝温度上限一般为65℃,通常在热水温度达到55℃时,冷凝温度已经接近该上限范围。考虑到性能参数分布具有一定的离散性以及冷凝器的技术经济性等因素,热泵制造企业很难采取类似在空调设计中保留温度裕量的措施,来保证产品的可靠性。因此,热泵热水器制造企业采用了多种解决方案,如使用动作温度较高的压力开关,使压缩机在短期内以高于上限值的冷凝温度运行;采取冷凝温度上限较高的T3气候类型压缩机,允许冷凝温度高达70℃等。其中,最引人注目的是开发热泵热水器专用压缩机。

  然而,由于空气源热泵的制热能力受进风温度影响较大,在住宅场所使用时,当进风温度较低时,会出现热水不够用的情况。一般情况下,在进风温度达到15℃时,空气源热泵热水器的制热能力可以达到较高水平,不会出现热水不够用的情况。如果将15℃作为额定运行的进风温度,热泵热水器的防超温保护功能在进风温度超过15℃时将发挥作用,通常的措施是减少蒸发器的空气流量,降低蒸发温度,从而降低系统热负荷,这使冷凝温度受到限制。这种措施对于防止系统超温运行是简单有效的。因此,笔者认为,对于热泵热水器而言,冷凝温度上限为65℃的常规空调压缩机足以胜任热泵系统要求。

  笔者不能确定,在GB/T23137-2008的编制过程中,起草人是否对热泵热水器额定运行的进风温度在超温保护方面进行过充分的论证,也许在其他方面有更充分的理由,支持标准将进风温度设定为20℃。在较高水温下压缩机的稳定可靠运行是近年来热泵热水器行业的重要话题。令人不解的是,在多数情况下,制造企业更愿意采用高冷凝温度的解决方案,包括使用价格高昂的R417A制冷剂;甚至不顾CCC认证有关规定和标准的限制,自行调配混合制冷剂。事实上,只要对标准进行修订,以15℃的进风温度作为空气源热泵额定运行参数,就可以解决目前存在的问题。

  R134a制冷剂的尴尬

  GB/T23137-2008规定的能效比指标较高,使用R134a制冷剂的系统通常难以满足标准要求。

  因此,使用R134a制冷剂的热泵热水器几乎在国内市场绝迹,但是,欧洲、北美洲以及澳大利亚的空气源热泵热水器仍普遍采用R134a制冷剂。由于R22制冷剂在这些地区已经停止使用,相对于其他常用制冷剂(如R407C、R410A和R417A)而言,R134a制冷剂在臭氧损耗潜值(ODP)和温室效应潜值(GWP)等方面具有优势。

  在高冷凝温度下运行时,R134a压缩机的排气温度较低;在较高水温下,R134a压缩机仍然可以保持运行的稳定性和可靠性。R134a系统最明显的缺点是热力效率低于使用R407C、R410A、R417A的同类系统。此外,部分R134a系统使用的高背压活塞式压缩机的工作范围,明显比现有滚动转子式压缩机大,能够更好地应对较宽的运行范围要求,性能与一些新开发或正在开发的热泵热水器专用滚动转子压缩机大致相当。

  综上所述,R134a系统的技术经济性不亚于采用R22、R407C、R410A、R417A的系统。笔者认为,因较高的性能系数指标就将R134a排除在国内热泵热水器市场之外的策略并不恰当。

  CO2为制冷剂的热泵热水器

  GB/T23137-2008的附录A(资料性附录)《以CO2为制冷剂的热泵热水器》的内容基本源于JRA4050:2007《家用热泵热水器》。如果对热泵制冷系统的压力安全特性进行比较,就会发现CO2为制冷剂的热泵热水器与常规使用碳氟类制冷剂的热泵热水器之间存在差异。前者采用跨临界循环导致压力安全特性与后者存在较大差异,而且前者的系统压力较高。

  目前,国内尚未发布针对这类问题的适用标准。国际上,除了JRA标准,已经正式发布的标准有欧盟EN378系列标准2008版以及正在修订的ISO5149系列标准。由于标准体系的差异,关于制冷系统的压力安全要求,JRA标准与EN标准和ISO标准存在一些差异,EN378和ISO5149属于ISO/IEC体系,GB/T23137-2008引用的安全标准是GB4706.32-2004《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》,GB4706.32-2004关于压力安全部分则引用了GB9237-2001《制冷和制热用机械制冷系统安全要求》,而GB9237-2001等效采用ISO5149:1993。换言之,按中国标准管理体系的做法,今后正式制定以CO2为制冷剂的热泵热水器的安全要求,将采用IEC/ISO体系中的相应标准。

  由此可见,在将要制定的标准中,关于CO2跨临界循环的压力安全将有别于GB/T23137-2008的附录A,而与即将发布的ISO5149系列标准以及已经发布的EN378系列标准相同。在此背景下,GB/T23137-2008附录A的相应要求,既与本标准正文采用的GB4706.32安全标准体系不一致,也与将来制定的同类标准不一致。不难看出,GB/T23137-2008以附录A作为资料性附录是弊大于利的。

  商用热泵热水机标准的安全要求

  家用热泵标准的安全要求比商用热泵严格。目前,GB/T21362-2008《商业或工业及类似用途的热泵热水机》常常被一些制造企业视为与GB/T23137-2008等价的标准。

  据笔者了解,存在这样的理解是由于GB/T21362-2008在“范围”中明确表示,商用或工业用及类似用途以外用途的热泵热水机,可参照使用该标准。相比而言,GB/T21362-2008的安全要求较低。因此,如果没有补充相应要求,直接采用GB/T21362-2008生产家用热泵热水器,产品安全性的某些指标将不符合相关强制标准(如GB4706.32-2004)的规定,后果不言而喻。

  同时,GB/T21362-2008在安全要求方面引用了JB8654-1997《容积式和离心式冷水(热泵)机组安全要求》,而JB8654-1997在制冷系统压力安全方面主要参照美国ANSI/ASHRAE15-1992《机械制冷安全规范》。一般情况下,压力安全管理通常包括安装场所的分类、系统分类、制冷剂的选用、系统设计压力确定、零部件强度要求、保护装置配置和试验等。但是,JB8654-1997基本未对上述内容做出明确规定,在引用标准和正文中均没有提及ANSI/ASHRAE15,也没有引用ANSI/ASHRAE15的主要内容。可见,GB/T21362-2008缺少关于压力安全的要求。而压力安全是制冷系统机械安全的核心,标准存在这样的问题有些不可思议。作为现行的强制性安全标准,GB9237-2001《制冷和供热用机械制冷系统安全要求》的适用范围为,制冷剂在封闭的制冷回路里蒸发和冷凝的各种制冷系统。制冷回路包括热泵和吸收系统,但不适用于用水或空气作为制冷剂的系统。显然,只要适当引用GB9237-2001作为GB/T21362-2008的压力安全要求,就可以解决这个问题。

  GB/T18430.2-2008《户用和类似用途的冷水(热泵)机组》也经常被当作热泵热水器的标准使用。由于该标准是按照家用电器的相关要求制定的,在适用范围上不存在问题。但是,GB/T18430.2-2008在制冷系统压力安全要求方面,也存在与GB/T21362-2008相似的问题。

  商用热泵热水机的环境温度范围

  GB/T21326-2008规定的空气源热泵运行蒸发侧进风温度分为两个范围:普通型为0~43℃,低温型为-10~38℃。根据中国气象数据,除青海、宁夏外,中国大陆地区所有省、自治区、直辖市都有一些地区的夏季极限气温超过38℃,但是超过43℃的地区很少,而冬季极限气温不低于0℃的地区只有海南省。显然,如果仅从技术规范的数据来考虑,普通型产品的适用运行范围只有海南省,而低温型产品的适用运行范围只有青海、宁夏地区,在冬季运行条件下,青海和宁夏的室外气温均低于-10℃。按照GB/T23137-2008的规定,一般情况下,热泵允许使用环境温度为-7~43℃,中国各省市的多数运行时间的室外温度都符合此要求。因此,GB/T21326-2008对运行温度范围的划分方式是否适宜,需要认真探讨。

  另外,由于GB/T21326-2008也将20℃作为空气源热泵热水机额定运行的进风温度,该标准存在与GB/T23137-2008相同的问题。

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