南非市场空气源热泵热水器测试标准的分析与研究

陈文强

广东美的暖通设备有限公司，中国·广东 佛山 528311

1 引言

随着全球各国对气候暖化的认识逐步加深，节能环保政策逐步在各国落地生根，热泵热水器产品受到各地市场的普遍认可，尤其是空气源热泵，以其安装便利、性价比高的特性更是成为市场的宠儿。目前，空气源热泵热水器的主要销售市场为东亚、欧洲、北美、澳洲和南非等地区，各地都针对空气源热泵热水器制定了相应的测试标准来规范热泵热水器市场。例如，中国有国标，欧洲有ErP指令，澳洲有SMK和WMK认证。论文针对南非市场的关于空气源热泵热水器的相关标准进行介绍和解读。

空气源热泵热水器，要想顺利进入南非市场，必须通过安规和EMC电磁兼容测试认证，以及满足相应的产品性能标准要求。

2 安规和EMC要求

南非市场针对空气源热泵热水器需要满足IEC 60335-1和IEC 60335-2-40的相应要求，其与欧盟标准要求相同，对应中国国标GB 4706.1和GB 4706.12的要求。只要满足CE认证的要求，即可满足南非市场的安规和EMC要求。

3 性能要求

南非市场针对空气源热泵热水器的性能表现，制定了有别于其他市场的测试标准。具体地有如下两个标准需要应对，分别是SANS 1687:2018 Domestic air source water heating heat pump systems（家用空气源热泵热水系统）和SANS 151:2020 Fixed electric storage water heaters（固定式储水电热水器）。以下将分别对这两个测试标准做分析解读。

3.1 SANS 1687:2018中关键点解读

3.1.1 适用范围

该标准适用于匹配落入SANS 151要求的450L以下储水箱的空气源生活热水热泵热水器，适用电源限制在交流单相电源，电压不超过250V。该标准不适用于泳池热泵、工商业热泵以及辅助热源为太阳能的热泵系统。

3.1.2 一般性要求

该标准关于热泵系统的一般性要求与中国国标的要求没有实质性区别，包括材料、密封、防腐、安装、减振等方面，特别的水箱需要符合SANS 151的要求。

3.1.3 性能要求

该标准对热泵系统性能的要求主要体现在能效（COP）、水温稳定性方面。

关于热泵性能参数COP有两种定义，分别为加热系统COP（system COP）和用水COP（tapping COP）。其中加热系统COP定义为热泵机组（系统）将水箱和管道中的水从低水温加热到高水温过程的COP，用水COP则定义为热泵机组（系统）在标准规定方法的模拟用水状态下测试的COP。

标准要求额定工况下系统COP≥2.0、用水COP≥2.0、极限工况COP≥0.8，且实测值需大于等于能效标签上的明示值。

铭牌标称制热能力和COP的测试工况：环境干球/湿球温度为20/15℃，进水/出水温度为30/35℃。

3.1.4 测试方法

热泵系统性能测试主要包含4种测试工况，具体如表1所示。

表1 测试工况

其中中温工况测试过程分ABC三个阶段，需要测试和计算COP。

A阶段：加热阶段。水箱水温从25℃加热到60℃（要求加热时间不大于6小时），加热完成后，使用如下公式1[1]计算系统COP。可得：

式中：SCOP为系统COP；Vt为测试用水箱实际容积，单位是L；ρf为终止时水箱平均水温对应的密度，单位是kg/L；ρs为开始时水箱平均水温对应的密度，单位是kg/L；Uff为终止时水箱平均水温对应的内能，根据标准表B.1确定，单位是kJ/kg；Ufs为加热开始时水箱平均水温对应的内能，根据标准表B.1确定，单位是kJ/kg；Kff为终止时水箱平均水温，单位是K；Kfs为开始时水箱平均水温，单位是K；Etot为加热过程总耗电量，单位是kJ。

B阶段：模拟用水阶段。在A阶段完成并在热泵停机10～15分钟后进入测试，根据表2的用水速度和标准文本对应容积确定模拟用水方案，放水过程中出水温度不能低于50℃。用水阶段中记录进水温度的平均值作为Kfs、出水温度的平均值作为Kff、总用水量作为Vt，使用公式1计算得到用水能效tapping COP。

表2 模拟用水需求

C阶段：一次供水量测试阶段，一次性放出所有热水。在B阶段热泵加热停止后开始放水，直到放出水箱额定容积的水量为止，要求出水温度的平均值不低于50℃，温降速度不大于5℃/min。放水速度如表3所示。

表3 C阶段放水速度

其中，极限工况也需要测试ABC三个阶段，需要测试和计算COP以及供水温度。A阶段测试同中温工况，测试和计算系统SCOP，B阶段只需要维持稳定30min即可，C阶段同中温工况的C阶段方法测试，要求出水温度温降速度不大于5℃/min。

3.2 SANS 151:2020中关键点解读

3.2.1 水箱的一般要求

水箱的材料、强度等与欧洲的类似，论文不做详细介绍。

3.2.2 保温性能要求

标准对储水箱的保温性能测试有两种方案，对于自带电加热的水箱采用24小时能耗，对于没有电加热的水箱采用12小时能耗。

其中24小时能耗的测试方法是在20℃环境下通过自带电加热将水箱水温维持在65℃持续48小时，测试出水箱在24小时的耗电量后计算水箱热损失S。计算方法如公式2[2]所示：

式中：S为水箱热损失，单位是W/h；Qpr为24小时能耗，单位是kWh；E1为48小时总能耗，单位是kWh；θamb为平均环境温度，单位是℃。

其中，12小时能耗的测试方法是在（20±3）℃环境下将水箱水温维持在（65±1.5）℃

持续12小时，测试出水箱在12小时的水的内能损耗后计算水箱热损失S。计算方法如公式3所示：

其中，S为水箱热损失，单位是W/h；QLOS为12小时热损失，单位是MJ；Vs为水容积，单位是L；Pw为水的密度，单位是kg/m3；Cpw为水的定压比热，单位是J/kg·K；ti为初始水温，单位是℃；tf为终止水温，单位是℃。

对于测试计算的水箱热损失必须根据标准中表E.1标注能效等级，并满足最低能效要求。

4 结语

综合而言，南非市场的空气源热泵热水器标准主要是参考了欧洲的热泵热水器标准[3]思路，又有一定的自有特色，寄望论文对其中的关键条文做的解读，能给面向南非市场的热泵热水器产品的设计起到一定的参考作用。