UL 60335-2-40（2019）标准在北美屋顶机产品结构设计中的应用

段平森

（特灵科技亚太工程技术中心，江苏太仓 215400）

0 引言

UL是美国保险商实验所（Underwriters Laboratories Inc.）的简写，是美国从事安全试验和鉴定的民间机构。UL主要关注安全防护，包括防止触电、火灾和使用者受到伤害。在美国，所有州都对电器制品赋予了必须通过UL认定的义务，是美国事实上的通用标准；其标志也是其它北美地区认可的安全认证标志。UL主要涉及电子电气，机械或机电产品；在100多年的发展过程中，其自身形成了一套严密的组织管理体制、标准开发和产品认证程序。对于北美屋顶机产品，当前须符合UL 1995标准，但从2024年1月1日起，UL 60335-2-40标准将替代UL 1995标准。随着生效日期的临近，近2年各企业在开发新产品时，普遍选择同时对2种标准进行认证，为新标准的执行提前做好准备。研究该标准的应用要求和版本变化，并理解其和国际、国内标准的关系，有助于国内企业在新产品开发时考虑相关标准的兼容性，为扩大产品出口至其它国家和地区，获取多元化市场机会做好准备；确保产品在其它市场销售时符合当地法规，帮助产品立足于当地市场。

1 标准介绍

UL 60335-2-40标准的总体目标是确保器具的构造在正常使用中能够安全运行，降低火灾、触电或人身伤害的风险，通过检查和试验来保证符合性[1-2]。应用时涉及到2个部分：UL 60335-1为家用和类似用途电器安全的一般要求，简称第一部分；UL 60335-2-40为针对电热泵、空调和除湿机的特殊要求，简称第二部分。第一部分的最新正式版本为第4版；第二部分最新正式版为第3版。除附录外，2个版本的条款顺序和内容一致，但应先阅读第二部分，其各个条款在开头部分说明了同第一部分的关系：

条款1、11和15只读第二部分；

条款9、10、14、20、26和28只读第一部分；

条款12和18为空章；

其余条款2个部分均需阅读，第二部分会对第一部分进行修改或补充说明。

UL 60335-1 对 应IEC 60335-1 和GB 4706.1；UL 60335-2-40对应IEC 60335-2-40和GB 4706.32。IEC是国际电工委员会（International Electrical Commission）的简写，比UL实验室更标准化、专业化和国际化。GB和UL标准均基于IEC标准并结合自己国家的应用需求而编写，因此GB标准可以作为UL标准的中文参考；二者相对于IEC标准均存在一些差异，其中UL标准通过如下字母符号表示，并以粗体字显示[1]：

DR为基于国家监管要求的差异；

D1为基于安全原则和要求的差异；

D2为基于安全经验的差异；

DC为基于部件标准的差异；

DE为编辑版本或纠正带来的差异。

2 产品介绍

屋顶机属于单元整体式机组，集成了制冷、制热、送风、空气净化和电气控制等功能，应用时通常安装于屋顶或建筑外的平地，但前者居多，故此得名。屋顶机的子系统主要有：制冷/热泵系统（冷凝器、蒸发器、管路和压缩机），风系统（室内侧、室外侧、新风），加热系统（电热丝、燃气）和控制系统（强电、弱电）。室内侧风系统一般提供水平和垂直送风2种配置；新风系统主要有空气侧经济器和过压排气装置（风机）。结构设计服务于子系统的开发，因此验证UL 60335-2-40标准的符合性要根据子系统的功能需求而开展，有时需要电气类检查和试验作为辅助和补充。屋顶机产品部分组件的位置如图1所示。

图1 屋顶机产品部分组件的位置示意图

3 条款解读

UL 60335-2-40标准适用于屋顶机产品的内容较多，本文仅对结构设计的常用条款进行解读，主要有条款1～7、条款8（8.1.1，8.1.4）、条款15（15.2）、条款20（20.2）、条款21（21.1，21.101 DV.3，21.101 DV.5） 和条款22（22.11,22.12）。条款1～7为通用条款，无论是电气、机电、结构或不同子系统的设计，均需学习这些内容，这有助于准确理解后续条款的检查和试验要求；条款15还涉及子条款16.2、16.3和29，是子条款15.2需要补充的电气试验。本文对条款的解读基于适用于北美屋顶机产品的原则而完成，不适用或通常无需试验的内容不予介绍。

条款1：范围。涉及电热泵的安全，包括热水热泵、空调器、除湿机和循环风机盘管机组。单相器具的最大额定电压不超过300 V, 其它器具的最大额定电压不超过15 000 V。部分单元（定义见条款3）也在本标准范围内。

条款2：规范性引用文件。有注明发布日期的引用标准, 其它版本不适用; 未注明发布日期的引用标准, 采用最新版本。

条款3：名词定义。涉及到了物理特性、接线方式、电击防护、电压、器具分类、器具部件、安全部件、杂项和电子电路。屋顶机产品适用的部分重要名词解释如下[2，4]：

基本绝缘：紧贴带电体的绝缘层；

I类器具：基本绝缘+接地（三芯电源线）；

III类器具：安全低电压，通过安全隔离变压器供电，电压小于42 V；

电气间隙：导电体之间和导电体与可触及外壳之间的空间飞越距离，但不能穿过绝缘层；

爬电距离：导电体之间和导电体与可触及外壳之间沿着绝缘表面“爬行”的距离；

固定式器具：使用时需固定在支座上或其它固定状况的器具；

不可拆卸部件：借助工具才能取下或打开的部件，或能通过条款22.11试验的部件；

可拆卸部件：不借助工具就可取下或打开;使用说明要求取下; 不满足条款22.11；

带电体：正常使用中通电的导体或导电部件，但符合条款8.1.4规定的除外；

公众易接近的器具：打算放置在居民住宅或商业建筑物内的器具；

公众不易接近的器具：设在安全、出入受限的地方（如机房、屋顶等），位于不少于2.5 m的高度，位于安全的天台地区的器具；

部分单元：暖通器具总装的一部分，如冷凝器机组或蒸发器机组等，作为独立单元进行安全评估。

条款5：一般测试条件。涉及到试验样品和试验顺序等要求。通常要求单个器具能承受所有相关试验；通常按照条款顺序进行试验，但条款21.11的试验要在条款8之前进行，条款20.2的试验要基于条款21.1的试验结果进行，条款15的试验可以在任何时候进行。

条款6：分类。屋顶机的整机按防触电类别归为I类器具，其部分单元可能为III类器具；按可接近性一般归为公众不易接近的器具，但试验时一般按照公众易接近的器具处理（考虑安装在建筑外平地上的情况）。作为户外器具，要求依据IEC 60529标准提供至少IPX4等级的防水保护。

条款7：标签和说明书。涉及到内容、规格和位置等信息，一般通过检查来保证符合性，但条款7.14关于标签的清晰易读和耐久性要求, 要通过试验来检查符合性。一般由各子系统工程师分别负责解读和实施。

条款8：对带电体的防护。屋顶机的结构和外壳应当有足够保护以防止意外接触带电部件。基于条款8.1.1进行试验,要求试验时先取下可拆卸部件，并考虑条款8.1.4来判断符合性。条款8.1.1规定将器具放置在地面，使用IEC 61032中的试验指B（如图2），以任意角度对产品的开口施加不超过1 N的力来检查正常使用时其带电体是否可被触及；如果试验指无法进入产品的开口，则将沿着探针轴向的力增加到20 N。由于屋顶机可放置在建筑外的平地，运行时儿童可能接触，因此还要使用第一部分标准中图13DV（如图3）所示的试验指来检查。试验过程中，试验指不得接触到带电体。条款8.1.4定义了可接触部件不被定义为带电体的条件。

图2 标准IEC 61032中的试验指B示意

图3 UL60335-1标准中图13DV的试验指示意

条款15：耐潮性。应对屋顶机的电气部件进行保护，以防雨水进入应用部件中。先按照条款15.2遵循IEC 60529:1989标准进行淋雨试验，然后依次进行条款16.2的泄漏电流和条款16.3的电气强度试验。如果有雨水进入器具，还需要进行条款29的电气间隙和爬电距离试验。

条款20：稳定性和机械危险。屋顶机的运动部件的防护装置或封盖，应在正常使用中对用户的人身安全提供充分保护。条款20.2规定，使用类似IEC 61032标准中的试验指B但带圆形截止面的试验指来检查是否可触及运动部件；同条款8，由于运行时儿童可能触及，还要使用图3所示的试验指进行检查。

条款21：力学强度。屋顶机要有足够的力学强度，结构能经受正常使用中可能出现的粗鲁对待和处置。

条款21.1定义了弹簧锤或钢球冲击试验：弹簧锤遵循IEC 60068-2-75标准（如图4）；钢球则光滑且实心，直径为50±1 mm、质量约为0.53 kg（如图5）；对器具外壳薄弱点，冲击能量要求为2 J，对带电体可触及的非金属外壳则要求冲击能量为6.8 J。针对外壳薄弱点、把手、旋钮及带电体外壳的非金属可触及部件等位置分别进行3次冲击试验。试验后检查器具是否依然符合条款8、15和29。

图4 符合IEC 60068-2-75标准的弹簧锤示意

图5 冲击试验用钢球及配套装置示意

条款21.101 DV.3规定，在器具顶部的准平面的最不利位置垂直施加直径超过152 mm的91 kg静载荷。

条款21.101 DV.5规定，对于器具的防护装置，用直径为38 mm的杆对其垂直施加111 N的力。

条款22：屋顶机要从结构设计方面保证安全使用。

条款22.11要求对用于防止接触带电部件、防潮或与运动部件接触的，且售后维修可能需要被拆下的不可拆卸部件先拆装10次，然后对其薄弱部位进行推/拉力试验，但只针对卡扣式安装的部件。

条款22.12要求手柄、按钮、把手、操纵杆和类似部件的固定要可靠，通过检视和拉力试验来验证可靠性。

条款22.112 DV.2要求含制冷剂的部件(蒸发器、冷凝器等) 的管道要满足第二部分标准的附录EE规定的强度要求：采用3倍压力和3个样品进行爆破试验, 采用2倍最大压力进行5万次疲劳循环试验。

4 应用案例

对某系列屋顶机产品的结构设计实施UL 60335-2-40验证工作。该产品之前基于UL 1995开发，有单冷、带燃气和带电加热3种基础选项；提供208～230 V、460 V和575 V三种三相电压；室内侧风系统提供水平和垂直送风2种选项；提供新风系统选项。

4.1 试验样机

表1为试验样机的配置列表和选择依据。

表1 试验样机的配置列表和选择依据

4.2 试验顺序

一方面参考条款5规定的试验顺序，另一方面考虑先做结构强度试验，后做检查类和电气类试验。结构强度试验可能导致器具产生变形和破坏，确保后续试验体现最恶劣情况。综合考虑，先进行结构强度试验（条款22.12、21.1、21.101 DV.3、21.101 DV.5），再进行带电部件和运动部件保护试验（条款8.1.1、20.2），最后进行耐潮性试验（条款15.2、16.2、16.3、29）。有2个介绍过的子条款的试验不予执行，说明如下：

条款22.11针对卡扣式安装的面板等部件，验证对象未采用此设计，不予试验；

条款22.112.DV.2在其它项目中已验证，验证对象无新特征和尺寸规格，不予试验。

4.3 试验实施

表2为依据试验顺序列出的试验条款和实施说明。

表2 依据试验顺序列出的试验条款和实施说明

上述试验计划和实施依据，经项目组和UL试验室多次沟通获得了认可。需要说明的是，不同的产品，即便同为屋顶机，由于产品设计差异和开发基础不同，制定的试验计划也通常不尽相同。这需要工程分析和判断，离不开项目组和UL试验室的充分沟通。不应简单地照搬标准中提供的试验条款实施验证。

5 结论

UL 60335-2-40标准的适用范围包括但不限于屋顶机产品，了解其应用背景和使用规则，并熟悉产品设计有助于准确理解标准内容，识别适用条款和制定合理的试验计划。通过本文对标准内容的解读以及应用案例的介绍可知：1）应用标准时需要根据验证对象对内容进行过滤，选择适用的条款；2）制定试验计划要判断产品的最恶劣配置和合理的试验部位，考虑试验顺序和实施依据，并获得UL实验室的认可；3）结构验证服务于子系统的开发，有时需要电气等试验作为补充。需要注意的是，该标准每隔1～2年就会发布一个新版本，需要留意内容的变化，确保产品研发时遵循最新的设计要求和试验方法，这有助于延长产品销售生命周期，减少升级迭代次数。尽管标准版本会一直变更，但本文介绍的这些应用方法和实施原则依然适用。