帶空氣側經(jīng)濟器的屋頂機基于UL 60335標準的防水試驗

段平森

（特靈科技亞太工程技術中心，上海200051）

0 引言

空氣側經(jīng)濟器作為附件安裝在屋頂機的室內(nèi)側，通過新風風閥將整機室內(nèi)側和室外環(huán)境連接。空調(diào)整機工作時，通過控制風閥開度大小合理引入室外新風，達到節(jié)能和換氣的效果[1]。空氣側經(jīng)濟器引入室外新風時，需要應對刮風和下雨等天氣狀況，且整機室內(nèi)側為負壓，因此防水驗證是一項重要試驗。圖1 為空氣側經(jīng)濟器在屋頂機上的位置示意：左側上方突起較大的三角形為進氣裝置，其內(nèi)部底部安裝有進氣過濾網(wǎng)，頂部右側面安裝有新風風閥；左側下方較小的三角形為過壓釋放裝置，內(nèi)部側面安裝有泄壓風閥。

圖1 空氣側經(jīng)濟器在屋頂機上的位置示意

空氣側經(jīng)濟器在國內(nèi)應用不多，但在北美地區(qū)廣泛使用，這是因為ASHARE 90.1規(guī)定美國大部分地區(qū)不小于4.5冷噸的風冷空調(diào)設備必安裝該選項。早期的屋頂機產(chǎn)品主要基于UL 1995標準進行各種安全試驗和認證。從2020年11月20日起，新開發(fā)的屋頂機產(chǎn)品將使用UL 60335標準（現(xiàn)有產(chǎn)品從2022年11月30日執(zhí)行）替代UL 1995標準。因此，對于帶空氣側經(jīng)濟器的屋頂機產(chǎn)品，當前應當使用UL 60335標準進行防水試驗。

1 標準背景

UL 60335 標準（家用和類似用途電器的安全）包括2部分：UL 60335 -1（我國等同標準為GB 4706.1）為針對電器設備安全的一般要求；UL 60335-2-40（我國等同標準為GB 4706.3）為針對電動熱泵、空調(diào)器和去濕器的詳細要求。UL 60335標準使用IP防護等級來定義空調(diào)設備的防水能力，要求戶外空調(diào)設備至少達到IPX4的防水等級[2-5]。

IP防護等級由IEC（國際電工協(xié)會）起草，將電器依其防塵防濕氣之特性加以分級。IP防護等級由2個數(shù)字所組成，第一個數(shù)字表示電器防塵、防止外物侵入的等級，使用字母X時表示不作要求；第二個數(shù)字表示電器防濕氣、防水浸入的密閉程度，數(shù)字越大表示其防護等級越高。對應標準為IEC 60529（國際電工委員會防塵防水等級標準，我國等同標準為GB/T 4208）。表1對第二個數(shù)字4所表示的密閉防護等級進行了簡要描述和定義。IPX4表示空調(diào)設備可以防護任意方向的噴濺水而不會對設備造成有害影響[6-7]。

表1 第二個數(shù)字4所表示的密閉防護等級[6-7]

2 試驗要求

IEC 60529詳細定義了IPX4防護等級的試驗方法、試驗條件和接受標準等內(nèi)容。

2.1 試驗方法

IPX4防水試驗可采用2種方法：使用擺管淋試驗機和使用手持式淋雨花灑[6-7]。圖2為擺管淋雨試驗裝置示意；圖3為手持式淋雨花灑噴頭示意，其詳細參數(shù)規(guī)格如圖4所示。前者通常用于對體積較小的設備進行測試，后者更適合對體積較大的產(chǎn)品進行測試。

圖2 擺管淋雨試驗裝置示意

圖3 手持式淋雨花灑噴頭示意

圖4 IPX4適用的淋雨花灑噴頭的參數(shù)規(guī)格

本文的研究對象適合采用手持式淋雨花灑進行防水試驗，表2列出了IPX4對應的試驗方法和主要的試驗條件[6-7]。相對于UL 1995標準固定的雨水噴灑角度，UL 60335 標準的IPX4 防護等級要求對測試對象進行全方位的雨水噴灑驗證。圖5為使用手持式淋雨花灑噴頭對空氣側經(jīng)濟器的新風進氣裝置成一定角度噴灑雨水。

2.2 試驗條件

試驗用清水進行，花灑的水流量和試驗持續(xù)時間的要求如表2所示。水溫與試驗對象的溫差要求不大于5 K，這樣可以減少試驗對象機殼內(nèi)部冷凝水的產(chǎn)生。試驗過程中注意識別，不要將機殼內(nèi)凝露水的沉積當作進水。

圖5 使用手持式淋雨花灑噴頭成一定角度噴灑雨水

表2 使用手持式淋雨花灑進行IPX4防水試驗的方法和主要試驗條件[6-7]

試驗時，將花灑噴頭上的擋板去除，使測試對象在各個可能的方向都能受到濺水。調(diào)節(jié)水壓，使其達到規(guī)定的水流量。水壓范圍為0.05～0.15 MPa，測試時維持壓力恒定。試驗時間根據(jù)外殼表面積按照1 min/m2來計算，一般考慮+10%的表面積偏差，最少測試5 min[6-7]。測試對象在帶電的情況下進行試驗時，要采用足夠的安全措施。

2.3 接受條件

實驗結束后檢查外殼進水情況。測試對象的產(chǎn)品標準應當規(guī)定允許的進水量及耐電壓試驗細節(jié)。測試完成后還應當針對強電部件完成泄漏電流和電氣強度試驗。如果進水，應當不足以影響設備的正常操作或破壞安全性；水不聚集在可能導致爬電距離引起漏電起痕的絕緣部件上；水不進入帶電部件，或進入不允許在潮濕狀態(tài)下運行的繞組；水不聚集在電纜頭附近或者進入電纜。如外殼有泄水孔，應通過觀察證明進水不會積聚，且能排出而不損害設備。對沒有泄水孔的設備，如發(fā)生水聚集并危及帶電部分時，測試對象的產(chǎn)品標準應規(guī)定接受條件。

由于空氣側經(jīng)濟器為弱電非標配選項，且通常遠離整機的強電部件，因此當前UL機構針對屋頂機整機的防水認證并不要求安裝該選項。對于安裝有空氣側經(jīng)濟器的屋頂機，試驗后要確保整機的回風口無雨水進入，其它部件如果有雨水附著應當不影響產(chǎn)品功能和安全性（一般以產(chǎn)品標準為依據(jù)）。通常不涉及到整機強電部件的泄漏電流和電氣強度試驗。

3 試驗工況

以上為遵循UL 60335標準進行IPX4防護等級的防水試驗需要遵循的通用試驗要求，其并不針對特定測試對象指定是否需要帶電運行，及需要定義何種測試工況。對于安裝有空氣側經(jīng)濟器的屋頂機，還應當根據(jù)產(chǎn)品的特點和應用需求定義整機的試驗工況，模擬典型應用和極限情況。

3.1 風閥開度設置

空氣側經(jīng)濟器的主要功能是節(jié)能和換氣，通過控制模塊合理控制風閥的開度來引入新風是其核心。為了保證換氣功能，通常會為新風風閥設定最小開度，即非斷電等特殊情況，新風風閥只會關閉到設定的最小開度。參考北美市場上空氣側經(jīng)濟器的工作模式，防水試驗可考慮新風風閥全開和最小開度2種情況。全開時用于環(huán)境適宜時最大程度引入新風；最小開度（如50%，通常允許設定多個值，一般取最大值）用于環(huán)境不適宜時引入適量新風保證換氣功能。這2種開度在空氣側經(jīng)濟器工作時最為典型且能保持較長時間。過壓釋放裝置的風閥一般默認關閉，這是因為該風閥只有其內(nèi)部壓力為正時才會打開，雨水進入的風險很低。

3.2 室內(nèi)側風量設置

屋頂機工作時，室內(nèi)側為負壓，這增加了雨水通過新風風閥進入整機內(nèi)部的可能性。室內(nèi)側的負壓值越大，雨水進入的風險越高。試驗數(shù)據(jù)顯示，室內(nèi)側負壓的絕對值隨著送風量的增加而增加，因此可以通過控制風量大小來控制負壓大小。 通常選用名義風量和最大風量即可。以送風量范圍為3200～4800 CFM的空調(diào)整機為例，可以測試名義風量4000 CFM和最大風量4800 CFM。整機產(chǎn)品手冊通常提供室內(nèi)側風系統(tǒng)的性能數(shù)據(jù)，包括風機轉速、軸功率、送風量、機外余壓和電動機/風機組件等信息，試驗時可以參考這些信息來確定室內(nèi)側風系統(tǒng)的配置和運行狀態(tài)，確保電動機無過載等問題。

3.3 橫風模擬

戶外環(huán)境存在刮風和下雨同時存在的情況。可利用鼓風機模擬橫風，方向正對新風進氣裝置。常用的風速值有0、10、20、30、40 MPH,分別測試并觀察和記錄整機室內(nèi)側的進水情況，其中0 MPH表示無橫風，40 MPH為空調(diào)產(chǎn)品通常考慮的最大風速。因為各地的自然環(huán)境不同，制造商應根據(jù)產(chǎn)品的主要銷售地區(qū)和應用需求來確定風速設定值。

3.4 試驗工況組合

進行防水試驗時，將上述3個變量進行組合即為整機的試驗工況（如表3）。其中多個橫風速度值可以全部測試，也可按需確定。切換每種試驗工況前確保整機充分干燥，方便觀察防水效果。

表3 進行防水試驗時的整機工況組合

4 試驗結果

表4為一組對安裝有空氣側經(jīng)濟器的屋頂機進行防水試驗的研究對比數(shù)據(jù)。測試了典型應用和極限情況，同時研究了室內(nèi)側風量、新風風閥開度、新風進氣裝置角度和過濾網(wǎng)不同時對防水效果的影響。進氣裝置角度高低代表擋雨板相對于地面的不同傾斜程度；過濾網(wǎng)型號I和II代表不同的物理特征和性能參數(shù)。試驗數(shù)據(jù)主要用于研究不同因素對防水效果的影響和確定改進方向，因此不對數(shù)據(jù)作詳細介紹，也不代表任何正式交付產(chǎn)品的最終結果。試驗結果表明，對于同一測試對象，增加室內(nèi)側風量和新風風閥開度會增加進水風險；改變新風進氣裝置的設計，如擋雨板的角度和除塵過濾網(wǎng)的類型也會影響防水效果。

表4 對安裝有空氣側經(jīng)濟器的屋頂機進行防水試驗的研究對比數(shù)據(jù)

5 結論

根據(jù)以上對試驗標準的解讀和對試驗結果的分析，得到以下結論：

1）帶空氣側經(jīng)濟器的屋頂機基于UL 60335標準的防水試驗適用于IPX4防護等級。除了遵循標準規(guī)定的試驗要求，還需要根據(jù)產(chǎn)品的特點和應用需求定義整機的試驗工況，模擬典型應用和極限情況。

2）空氣側經(jīng)濟器是弱電選配選項，防水試驗主要確保整機的回風口無雨水進入，其它部件如果有雨水附著應當不影響產(chǎn)品功能和安全性。

3）室內(nèi)側的送風量、新風風閥開度和進氣裝置的設計均會影響防水效果。根據(jù)整機室內(nèi)側的送風能力，合理設計風閥開度和進氣裝置有助于設備達到期望的防水效果。