風機盤管性能測試系統設計及影響因素分析

夏玲，錢雪峰，岳海兵，張澤國

（合肥通用機械研究院，合肥 230088）

0 引言

根據調查，建筑總面積不足我國城鎮民用建筑面積5%的大型公共建筑，其用電量約占我國建筑用電量的25%[1]。其中一半以上電耗用于中央空調，因此研究降低大型公共建筑空調系統能耗非常重要，作為建筑空調系統重要的組成部件的風機盤管，由于產能的擴大和市場的競爭，生產廠家對于其性能的研究和部分新技術如干式風機盤管的研究逐漸重視起來，市場上卻沒有較好的測試設備，本文論及的全工況性能測試系統，完全可以滿足性能評價和新技術研究的要求。

1 風機盤管機組全工況性能測試系統組成及調節原理

1.1 風機盤管機組全工況性能測試系統組成

由GB/T 19232-2003《風機盤管機組》要求的測試項目[2]，參考國家標準GB/T 10870-2001 《容積式和離心式冷水（熱泵）機組性能試驗方法》[3]和GB/T 7725-2004《房間空氣調節器》[4]，可以知道：風機盤管的風側供冷量，通過測定被測空調機進、出口空氣的干、濕球溫度和空氣的流量等參數來確定；風機盤管的水側供冷（熱）量通過測定風機盤管進、出口水的溫差和水的流量等參數來確定，由此可以得出測試系統的原理如圖1所示。

由圖1可見，測試系統主要由：測試間圍護系統、空氣處理系統、空氣取樣測量系統、水系統和電氣控制系統五個系統部分組成。

1)測試間圍護系統：主要指用75 mm雙面彩鋼聚胺脂庫板拼裝而成的測試間，頂部有穿孔板，測試間內的氣流組織采用上送風、下回風的方式。

2)空氣處理系統：測試間空氣處理系統包含有制冷（除濕）系統、電加熱盤管及蒸汽加濕系統、送風機。空氣經過處理后通過測試間上方穿孔板均勻的送至測試環境間內。

3)空氣取樣測量系統：包含空氣取樣裝置和風量測量裝置。空氣取樣裝置的功能為均勻采集被測機器進、出口空氣狀態。風量測量裝置為分體式，內部有2個直徑為70 mm噴嘴和2個直徑為100 mm噴嘴，風量測量范圍：(300～2380)m3/h[5]。

4)水系統：該水循環系統中包含了恒溫水箱、水泵、電磁流量計、溫度壓力取樣段、被測機器以及相關閥件組成的測量回路。

5)電氣控制系統：該測試裝置的電氣控制系統主要包含控制柜、設備動力供電系統和被試機供電系統三部分組成。設備動力供電系統由配電柜、動力柜組成。該測試裝置的控制、測量系統由現場的測量儀表和控制柜完成。電氣控制系統是整個試驗裝置的大腦，控制整套系統運轉。電氣設備的控制回路具有連鎖保護功能，并設有故障報警指示功能。

圖1 風機盤管機組全工況性能測試系統原理圖

1.2 風機盤管機組全工況性能測試系統調節原理

1)進口干球溫度：調節對象為風機盤管的進風處的干球溫度，主要是通過調節可調電加熱的調功器的輸出，來完成干球溫度的調節。

2)進口濕球溫度：調節對象為風機盤管的進風處的濕球溫度，主要是通過調節加濕箱的可調電加熱的調功器的輸出，來完成濕球溫度的調節。

3)恒溫水箱溫度：調節對象為風機盤管的進水溫度，主要是通過調節水箱的可調電加熱的調功器的輸出，來完成恒溫水箱溫度的調節。

4)機外出風靜壓：調節對象為風機盤管的出風靜壓，主要是通過調節風洞引風機的變頻器的輸出，來完成風機盤管的出風靜壓的調節。

5)供水量：調節對象為風機盤管的水流量，主要是通過調節水泵的變頻器的輸出，來完成風機盤管的水流量的調節。

6)功率計：用來測量被試機運行時的電量參數，包括：電壓、電流、功率、頻率、功率因素等。

2 風機盤管機組性能測量時影響因素的分析

2.1 風機盤管機組性能測量時風側影響因素的分析

由GB/T 7725-2004《房間空氣調節器》[4]可以查得風機盤管的風側供冷量通過式(1)計算。

式中：

qtci——風機盤管的制冷量，W；

qmi——風機盤管的空氣流量，m3/h；

ha1——風機盤管進口空氣的焓，J/(kg 干空氣)；

ha2——風機盤管出口空氣的焓，J/(kg 干空氣)；

V’n——噴嘴處空氣的比容，m3/kg；

Wn——噴嘴處空氣的含濕量，kg/(kg 干空氣)。

從(1)式中可以看出，風機盤管機組制冷量測試的影響因素有：進口干、濕球溫度，通過進口空氣取樣器測量；出口干、濕球溫度，通過出口空氣取樣器測量；空氣流量，空氣流經空氣流量測量裝置噴嘴時，產生較大的前后壓差，再由壓差變送器測量此壓差即可計算出空氣流量。

空氣流量可用式(2)計算。

式中：

qmi——空氣流量，m3/h；

C——流量系數；

Aa——噴嘴面積，m2；

Pv——噴嘴前后的靜壓差，Pa；

V’n——噴嘴處空氣的比容，m3/kg。

從式(2)中可以看出空氣流量是噴嘴喉部直徑、噴嘴前靜壓、噴嘴前后壓差以及噴嘴前干球溫度的函數。從式(1)、式(2)可以知道影響風側制冷量的各因素，由此可按表1解決風側測量不準的常見問題。

表1 風側測量不準時常見檢查內容及處理措施

2.2 風機盤管機組性能測量時水側影響因素的分析

由GB/T 10870-2001 《容積式和離心式冷水（熱泵）機組性能試驗方法》可以查得風機盤管的水側供冷（熱）量通過式(3)、式(4)計算。

式中：

qtco——風機盤管的制冷量，W；

qtho——風機盤管的制熱量，W；

Ww——風機盤管的水流量，kg/s；

Cpw——水的比熱，J/kg℃；

tw2——風機盤管出口的水溫，℃；

tw1——風機盤管進口的水溫，℃；

Et——輸入空調機的總功率，W。

從式(3)、式(4)可以知道水側制冷量測試的影響因素有：進口水溫度，由進口溫度、壓力取樣段測量；出口水溫度，由出口溫度、壓力取樣段測量；水流量，由流量計測量。由此可按表2解決水側測量不準的常見問題。

表2 水側測量不準時常見檢查內容及處理措施

3 風機盤管機組性能測量不確定度

在測試系統使用過程中，通過專業的計算軟件采集數據進行計算，得到符合GB/T 19232-2003《風機盤管機組》[2]要求的測試報告。測量不確定度是對測量結果質量的定量表征，測量結果的可用性很大程度上取決于其不確定度的大小。所以，測量結果必須同時包含賦予被測量的值及與該值相關的測量不確定度，才是完整并有意義的[6]。

若是對于同一臺機組進行多次測量，對測量不確定度進行A類評定。若測試時工況穩定，由于重復性造成的A類不確定度相對B類不確定度是可以忽略不計的。空氣流量的B類不確定度是由出口處干、濕球溫度、噴嘴前靜壓、噴嘴前后壓差、噴嘴直徑和流量系數的標準不確定度造成的，其中起主要作用的是噴嘴前后壓差和噴嘴直徑的標準不確定度[7]。因此，除噴嘴要采用抗腐蝕性材料高精度制作外，所有的測試儀表也要選擇高精度儀表并進行標定。該裝置中用到的儀表主要是鉑電阻和壓差變送器，將鉑電阻放置于恒溫槽中，和高精度鉑電阻采集的溫度進行比較，恒溫槽能提供不同的溫度，記錄下不同溫度點時，兩種鉑電阻的顯示值，然后整理數據，將數據擬合成曲線，經過這種標定方法，溫度采集系統的誤差能控制在0.05℃[8]。壓差的標定也類似于溫度的標定,同樣也是采用和高精度壓力發生器在不同壓力下分別進行比對，這樣可以顯著降低測量不確定度的量值，增加測量結果的可信度。

4 結論

本文介紹的風機盤管機組全工況性能測試系統設計、制造均符合國內相關標準的要求，方案先進，結構合理。本測試系統具有很高的自動化程度，能實現自動控制和調節、過程監控、數據采集和軟件傳輸，整個測試系統在試驗設備穩定可靠運行的基礎上保證了測試的精度和準確性。

本測試系統的建立，大大提高了我國制冷空調行業的測試水平，為風機盤管機組的研究開發提供了一個設計合理、測試準確、穩定、可靠的測試平臺。

[1]張秀平,潘云鋼,田旭東,等.標準風機盤管用于溫濕度獨立控制系統的適應性研究[J].流體機械,2009,37(1):72-76,49.

[2]中華人民共和國國家標準GB/T 19232-2003,風機盤管機組[S].

[3]中華人民共和國國家標準GB/T 10870-2001,容積式和離心式冷水（熱泵）機組性能試驗方法[S].

[4]中華人民共和國國家標準GB/T 7725-2004,房間空氣調節器[S].

[5]錢雪峰,樊海彬,張紹華,等.風機盤管機組測試用風量測量裝置的設計[J].制冷空調與電力機械,2011,32(5):26-29.

[6]賈磊,錢雪峰,王溢芳,等.空氣焓值法測量空調制冷量的不確定度評定[J].制冷與空調,2007,7(6):80-82,65.

[7]賈磊,岳海兵,程立權,等.水源熱泵機組制冷量測量不確定度評定[J].流體機械,2008,36(9):56-58,41.

[8]鄭傳經,鄭慶偉,黃承宏,等.制冷空調試驗裝置中傳感器的標定[J].流體機械,2006,34(1):77-79.