南非市場空氣源熱泵熱水器測試標準的分析與研究

陳文強

廣東美的暖通設備有限公司，中國·廣東 佛山 528311

1 引言

隨著全球各國對氣候暖化的認識逐步加深，節能環保政策逐步在各國落地生根，熱泵熱水器產品受到各地市場的普遍認可，尤其是空氣源熱泵，以其安裝便利、性價比高的特性更是成為市場的寵兒。目前，空氣源熱泵熱水器的主要銷售市場為東亞、歐洲、北美、澳洲和南非等地區，各地都針對空氣源熱泵熱水器制定了相應的測試標準來規范熱泵熱水器市場。例如，中國有國標，歐洲有ErP指令，澳洲有SMK和WMK認證。論文針對南非市場的關于空氣源熱泵熱水器的相關標準進行介紹和解讀。

空氣源熱泵熱水器，要想順利進入南非市場，必須通過安規和EMC電磁兼容測試認證，以及滿足相應的產品性能標準要求。

2 安規和EMC要求

南非市場針對空氣源熱泵熱水器需要滿足IEC 60335-1和IEC 60335-2-40的相應要求，其與歐盟標準要求相同，對應中國國標GB 4706.1和GB 4706.12的要求。只要滿足CE認證的要求，即可滿足南非市場的安規和EMC要求。

3 性能要求

南非市場針對空氣源熱泵熱水器的性能表現，制定了有別于其他市場的測試標準。具體地有如下兩個標準需要應對，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）和SANS 151:2020 Fixed electric storage water heaters（固定式儲水電熱水器）。以下將分別對這兩個測試標準做分析解讀。

3.1 SANS 1687:2018中關鍵點解讀

3.1.1 適用范圍

該標準適用于匹配落入SANS 151要求的450L以下儲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。該標準不適用于泳池熱泵、工商業熱泵以及輔助熱源為太陽能的熱泵系統。

3.1.2 一般性要求

該標準關于熱泵系統的一般性要求與中國國標的要求沒有實質性區別，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

該標準對熱泵系統性能的要求主要體現在能效（COP）、水溫穩定性方面。

關于熱泵性能參數COP有兩種定義，分別為加熱系統COP（system COP）和用水COP（tapping COP）。其中加熱系統COP定義為熱泵機組（系統）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則定義為熱泵機組（系統）在標準規定方法的模擬用水狀態下測試的COP。

標準要求額定工況下系統COP≥2.0、用水COP≥2.0、極限工況COP≥0.8，且實測值需大于等于能效標簽上的明示值。

銘牌標稱制熱能力和COP的測試工況：環境干球/濕球溫度為20/15℃，進水/出水溫度為30/35℃。

3.1.4 測試方法

熱泵系統性能測試主要包含4種測試工況，具體如表1所示。

表1 測試工況

其中中溫工況測試過程分ABC三個階段，需要測試和計算COP。

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

式中：SCOP為系統COP；Vt為測試用水箱實際容積，單位是L；ρf為終止時水箱平均水溫對應的密度，單位是kg/L；ρs為開始時水箱平均水溫對應的密度，單位是kg/L；Uff為終止時水箱平均水溫對應的內能，根據標準表B.1確定，單位是kJ/kg；Ufs為加熱開始時水箱平均水溫對應的內能，根據標準表B.1確定，單位是kJ/kg；Kff為終止時水箱平均水溫，單位是K；Kfs為開始時水箱平均水溫，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10～15分鐘后進入測試，根據表2的用水速度和標準文本對應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，極限工況也需要測試ABC三個階段，需要測試和計算COP以及供水溫度。A階段測試同中溫工況，測試和計算系統SCOP，B階段只需要維持穩定30min即可，C階段同中溫工況的C階段方法測試，要求出水溫度溫降速度不大于5℃/min。

3.2 SANS 151:2020中關鍵點解讀

3.2.1 水箱的一般要求

水箱的材料、強度等與歐洲的類似，論文不做詳細介紹。

3.2.2 保溫性能要求

標準對儲水箱的保溫性能測試有兩種方案，對于自帶電加熱的水箱采用24小時能耗，對于沒有電加熱的水箱采用12小時能耗。

其中24小時能耗的測試方法是在20℃環境下通過自帶電加熱將水箱水溫維持在65℃持續48小時，測試出水箱在24小時的耗電量后計算水箱熱損失S。計算方法如公式2[2]所示：

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

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

持續12小時，測試出水箱在12小時的水的內能損耗后計算水箱熱損失S。計算方法如公式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℃。

對于測試計算的水箱熱損失必須根據標準中表E.1標注能效等級，并滿足最低能效要求。

4 結語

綜合而言，南非市場的空氣源熱泵熱水器標準主要是參考了歐洲的熱泵熱水器標準[3]思路，又有一定的自有特色，寄望論文對其中的關鍵條文做的解讀，能給面向南非市場的熱泵熱水器產品的設計起到一定的參考作用。