带空气侧经济器的屋顶机基于UL 60335标准的防水试验

段平森

（特灵科技亚太工程技术中心，上海200051）

0 引言

空气侧经济器作为附件安装在屋顶机的室内侧，通过新风风阀将整机室内侧和室外环境连接。空调整机工作时，通过控制风阀开度大小合理引入室外新风，达到节能和换气的效果[1]。空气侧经济器引入室外新风时，需要应对刮风和下雨等天气状况，且整机室内侧为负压，因此防水验证是一项重要试验。图1 为空气侧经济器在屋顶机上的位置示意：左侧上方突起较大的三角形为进气装置，其内部底部安装有进气过滤网，顶部右侧面安装有新风风阀；左侧下方较小的三角形为过压释放装置，内部侧面安装有泄压风阀。

图1 空气侧经济器在屋顶机上的位置示意

空气侧经济器在国内应用不多，但在北美地区广泛使用，这是因为ASHARE 90.1规定美国大部分地区不小于4.5冷吨的风冷空调设备必安装该选项。早期的屋顶机产品主要基于UL 1995标准进行各种安全试验和认证。从2020年11月20日起，新开发的屋顶机产品将使用UL 60335标准（现有产品从2022年11月30日执行）替代UL 1995标准。因此，对于带空气侧经济器的屋顶机产品，当前应当使用UL 60335标准进行防水试验。

1 标准背景

UL 60335 标准（家用和类似用途电器的安全）包括2部分：UL 60335 -1（我国等同标准为GB 4706.1）为针对电器设备安全的一般要求；UL 60335-2-40（我国等同标准为GB 4706.3）为针对电动热泵、空调器和去湿器的详细要求。UL 60335标准使用IP防护等级来定义空调设备的防水能力，要求户外空调设备至少达到IPX4的防水等级[2-5]。

IP防护等级由IEC（国际电工协会）起草，将电器依其防尘防湿气之特性加以分级。IP防护等级由2个数字所组成，第一个数字表示电器防尘、防止外物侵入的等级，使用字母X时表示不作要求；第二个数字表示电器防湿气、防水浸入的密闭程度，数字越大表示其防护等级越高。对应标准为IEC 60529（国际电工委员会防尘防水等级标准，我国等同标准为GB/T 4208）。表1对第二个数字4所表示的密闭防护等级进行了简要描述和定义。IPX4表示空调设备可以防护任意方向的喷溅水而不会对设备造成有害影响[6-7]。

表1 第二个数字4所表示的密闭防护等级[6-7]

2 试验要求

IEC 60529详细定义了IPX4防护等级的试验方法、试验条件和接受标准等内容。

2.1 试验方法

IPX4防水试验可采用2种方法：使用摆管淋试验机和使用手持式淋雨花洒[6-7]。图2为摆管淋雨试验装置示意；图3为手持式淋雨花洒喷头示意，其详细参数规格如图4所示。前者通常用于对体积较小的设备进行测试，后者更适合对体积较大的产品进行测试。

图2 摆管淋雨试验装置示意

图3 手持式淋雨花洒喷头示意

图4 IPX4适用的淋雨花洒喷头的参数规格

本文的研究对象适合采用手持式淋雨花洒进行防水试验，表2列出了IPX4对应的试验方法和主要的试验条件[6-7]。相对于UL 1995标准固定的雨水喷洒角度，UL 60335 标准的IPX4 防护等级要求对测试对象进行全方位的雨水喷洒验证。图5为使用手持式淋雨花洒喷头对空气侧经济器的新风进气装置成一定角度喷洒雨水。

2.2 试验条件

试验用清水进行，花洒的水流量和试验持续时间的要求如表2所示。水温与试验对象的温差要求不大于5 K，这样可以减少试验对象机壳内部冷凝水的产生。试验过程中注意识别，不要将机壳内凝露水的沉积当作进水。

图5 使用手持式淋雨花洒喷头成一定角度喷洒雨水

表2 使用手持式淋雨花洒进行IPX4防水试验的方法和主要试验条件[6-7]

试验时，将花洒喷头上的挡板去除，使测试对象在各个可能的方向都能受到溅水。调节水压，使其达到规定的水流量。水压范围为0.05～0.15 MPa，测试时维持压力恒定。试验时间根据外壳表面积按照1 min/m2来计算，一般考虑+10%的表面积偏差，最少测试5 min[6-7]。测试对象在带电的情况下进行试验时，要采用足够的安全措施。

2.3 接受条件

实验结束后检查外壳进水情况。测试对象的产品标准应当规定允许的进水量及耐电压试验细节。测试完成后还应当针对强电部件完成泄漏电流和电气强度试验。如果进水，应当不足以影响设备的正常操作或破坏安全性；水不聚集在可能导致爬电距离引起漏电起痕的绝缘部件上；水不进入带电部件，或进入不允许在潮湿状态下运行的绕组；水不聚集在电缆头附近或者进入电缆。如外壳有泄水孔，应通过观察证明进水不会积聚，且能排出而不损害设备。对没有泄水孔的设备，如发生水聚集并危及带电部分时，测试对象的产品标准应规定接受条件。

由于空气侧经济器为弱电非标配选项，且通常远离整机的强电部件，因此当前UL机构针对屋顶机整机的防水认证并不要求安装该选项。对于安装有空气侧经济器的屋顶机，试验后要确保整机的回风口无雨水进入，其它部件如果有雨水附着应当不影响产品功能和安全性（一般以产品标准为依据）。通常不涉及到整机强电部件的泄漏电流和电气强度试验。

3 试验工况

以上为遵循UL 60335标准进行IPX4防护等级的防水试验需要遵循的通用试验要求，其并不针对特定测试对象指定是否需要带电运行，及需要定义何种测试工况。对于安装有空气侧经济器的屋顶机，还应当根据产品的特点和应用需求定义整机的试验工况，模拟典型应用和极限情况。

3.1 风阀开度设置

空气侧经济器的主要功能是节能和换气，通过控制模块合理控制风阀的开度来引入新风是其核心。为了保证换气功能，通常会为新风风阀设定最小开度，即非断电等特殊情况，新风风阀只会关闭到设定的最小开度。参考北美市场上空气侧经济器的工作模式，防水试验可考虑新风风阀全开和最小开度2种情况。全开时用于环境适宜时最大程度引入新风；最小开度（如50%，通常允许设定多个值，一般取最大值）用于环境不适宜时引入适量新风保证换气功能。这2种开度在空气侧经济器工作时最为典型且能保持较长时间。过压释放装置的风阀一般默认关闭，这是因为该风阀只有其内部压力为正时才会打开，雨水进入的风险很低。

3.2 室内侧风量设置

屋顶机工作时，室内侧为负压，这增加了雨水通过新风风阀进入整机内部的可能性。室内侧的负压值越大，雨水进入的风险越高。试验数据显示，室内侧负压的绝对值随着送风量的增加而增加，因此可以通过控制风量大小来控制负压大小。 通常选用名义风量和最大风量即可。以送风量范围为3200～4800 CFM的空调整机为例，可以测试名义风量4000 CFM和最大风量4800 CFM。整机产品手册通常提供室内侧风系统的性能数据，包括风机转速、轴功率、送风量、机外余压和电动机/风机组件等信息，试验时可以参考这些信息来确定室内侧风系统的配置和运行状态，确保电动机无过载等问题。

3.3 横风模拟

户外环境存在刮风和下雨同时存在的情况。可利用鼓风机模拟横风，方向正对新风进气装置。常用的风速值有0、10、20、30、40 MPH,分别测试并观察和记录整机室内侧的进水情况，其中0 MPH表示无横风，40 MPH为空调产品通常考虑的最大风速。因为各地的自然环境不同，制造商应根据产品的主要销售地区和应用需求来确定风速设定值。

3.4 试验工况组合

进行防水试验时，将上述3个变量进行组合即为整机的试验工况（如表3）。其中多个横风速度值可以全部测试，也可按需确定。切换每种试验工况前确保整机充分干燥，方便观察防水效果。

表3 进行防水试验时的整机工况组合

4 试验结果

表4为一组对安装有空气侧经济器的屋顶机进行防水试验的研究对比数据。测试了典型应用和极限情况，同时研究了室内侧风量、新风风阀开度、新风进气装置角度和过滤网不同时对防水效果的影响。进气装置角度高低代表挡雨板相对于地面的不同倾斜程度；过滤网型号I和II代表不同的物理特征和性能参数。试验数据主要用于研究不同因素对防水效果的影响和确定改进方向，因此不对数据作详细介绍，也不代表任何正式交付产品的最终结果。试验结果表明，对于同一测试对象，增加室内侧风量和新风风阀开度会增加进水风险；改变新风进气装置的设计，如挡雨板的角度和除尘过滤网的类型也会影响防水效果。

表4 对安装有空气侧经济器的屋顶机进行防水试验的研究对比数据

5 结论

根据以上对试验标准的解读和对试验结果的分析，得到以下结论：

1）带空气侧经济器的屋顶机基于UL 60335标准的防水试验适用于IPX4防护等级。除了遵循标准规定的试验要求，还需要根据产品的特点和应用需求定义整机的试验工况，模拟典型应用和极限情况。

2）空气侧经济器是弱电选配选项，防水试验主要确保整机的回风口无雨水进入，其它部件如果有雨水附着应当不影响产品功能和安全性。

3）室内侧的送风量、新风风阀开度和进气装置的设计均会影响防水效果。根据整机室内侧的送风能力，合理设计风阀开度和进气装置有助于设备达到期望的防水效果。