空調(diào)焓差實驗室和熱平衡實驗室異同辨析

何曙 夏玉娟

（1、上海市質(zhì)量監(jiān)督檢驗技術(shù)研究院；2、中國標準化研究院）

1 前言

中國是世界家用空調(diào)器的生產(chǎn)大國，也是銷售大國，其近10年的銷售量及今后3年的預測銷售量如圖1所示。巨大的市場推動我國家用空調(diào)器從生產(chǎn)、銷售到監(jiān)管各環(huán)節(jié)都建立了良好的機制和體制，尤其是企業(yè)實驗室和第三方檢測實驗室建設，更是為確保家用空調(diào)器的質(zhì)量創(chuàng)造了良好的條件。

對于一臺合格的空調(diào)產(chǎn)品，不僅其電氣安全要符合我國強制CCC相關(guān)標準規(guī)定要求，其能效指標也應當滿足我國已發(fā)布實施的相關(guān)能效標準、標識等的規(guī)定要求。而對于空調(diào)器能效值的檢測，關(guān)鍵是空調(diào)制冷量或熱泵制熱量的測定，標準規(guī)定的試驗方法有空氣焓值法和房間型量熱計法，其中空氣焓值法有房間式、風洞式、閉路式和量熱計式四種；房間型量熱計則有標定型和平衡環(huán)境型兩種。而較為普遍采用的是房間式室內(nèi)空氣焓值法（簡稱“空氣焓差法”）和平衡環(huán)境型量熱計法（簡稱“熱平衡法”）。考慮到試驗成本、實驗室建造費用、試驗操作的便捷性以及試驗周期等，空氣焓差法的應用更為廣泛。

2 試驗原理差異分析

空調(diào)熱平衡實驗室采用的房間型量熱計原理，即在量熱計的室內(nèi)側(cè)和室外側(cè)測定空調(diào)器的制冷量或熱泵制熱量。空調(diào)器室內(nèi)側(cè)的制冷量，是通過測定用于平衡制冷量和除濕量所輸入量熱計室內(nèi)側(cè)的熱量和水量來確定；室外側(cè)提供測定空調(diào)器能力的驗證試驗，其室外側(cè)制冷量，是通過用于平衡空調(diào)器冷凝器側(cè)排除的熱量和凝結(jié)水量而從量熱計室外側(cè)去除的熱量和水量來確定。其試驗原理圖如圖2所示。

空調(diào)熱平衡實驗室的主要特點是在室內(nèi)側(cè)和室外側(cè)隔室的外面分別設溫度可控的套間，使套間內(nèi)的干球溫度分別等于室內(nèi)側(cè)和室外側(cè)的干球溫度，且要求其隔室圍護結(jié)構(gòu)應有良好的保溫性能，，在11℃溫差下的漏熱量（包括輻射熱量）不大于試驗裝置容量的10%或300W，兩者取大值。其試驗結(jié)果以按室內(nèi)側(cè)測得的空調(diào)器制冷量（或制熱量）與按室外側(cè)測得的空調(diào)器制冷量（或制熱量）之間的偏差不大于5%時，試驗為有效。

空氣焓差法則是通過設計合適的裝置，測試空調(diào)器送風口的風量、風溫以及回風溫度，風量和送、回風溫度對應的焓值之差的乘積即可得到空調(diào)器的制冷量或熱泵制熱量。其試驗原理如圖3所示。

圖1 中國家用空調(diào)器歷年銷售量及預測

3 實驗室差異分析

從兩者的試驗原理可以看出，熱平衡實驗室同時考慮了顯熱和潛熱變化，同時通過自身內(nèi)外側(cè)熱量平衡來確定檢測數(shù)據(jù)的有效性，而焓差實驗室就沒有自身的對比和平衡，只是以制冷量曲線平穩(wěn)后作為有效數(shù)據(jù)的判據(jù)，因而熱平衡實驗室精度高，其同時對室內(nèi)外側(cè)制冷量的測量以及對顯熱、潛熱的測量，都導致了熱平衡實驗室造價高于焓差實驗室。

另外，熱平衡實驗室在試驗判穩(wěn)條件為每隔10min測得的制冷量（穩(wěn)態(tài)制熱量）與30min平均值比較，偏差不超過2%。當試驗工況達到穩(wěn)定1h后進行測試，每5min讀取數(shù)值一次，連續(xù)7次，直到各讀數(shù)允差達到標準規(guī)定規(guī)定要求，由此也導致了熱平衡試驗法的試驗周期長于焓差法。兩者的其它差異如表1所示。

表1 空氣焓差法和熱平衡法差異分析

4 應用差異分析

空氣焓差法實驗室投入少、檢測周期短，但其測試精度不高，因此適用于流水線生產(chǎn)檢測和第三方常規(guī)驗證檢測。熱平衡法則實驗室投入大、且檢測周期長，但其測試精度高，因此多用于在對測試精度要求高，尤其是在比對試驗時標定樣機或在仲裁檢測時使用。如GB/T7725-2004《房間空氣調(diào)節(jié)器》第6.4.1條明確規(guī)定：“空調(diào)器的制冷量和熱泵制熱量試驗可用房間型量熱計方法或空氣焓值法進行，當兩種試驗結(jié)果有爭議時，應以房間型量熱計測試數(shù)據(jù)為準”。由國家商務部出版的《出口商品技術(shù)指南 空調(diào)器》[10]中明確規(guī)定：“當兩種試驗結(jié)果有爭議時，應以房間量熱計測試數(shù)據(jù)為準”。可見，作為仲裁判定，房間量熱計法的測試結(jié)果比焓差法的測試結(jié)果可靠性更高。又如，美國、澳大利亞和印度等國家也明確規(guī)定，對于空調(diào)性能檢測和仲裁，只認可熱平衡法的測試結(jié)果，而焓差法則只作為一種用于生產(chǎn)線檢測、研發(fā)和檢驗的輔助測試手段。

故而，在生產(chǎn)領(lǐng)域，各生產(chǎn)企業(yè)為確保家用空調(diào)器的產(chǎn)品質(zhì)量，并加快產(chǎn)品出廠檢查的速度，多采用空調(diào)焓差實驗室。

同時，為確保檢測數(shù)據(jù)的可靠性和一致性，無論是第三方檢測機構(gòu)還是生產(chǎn)企業(yè)實驗室，為確保本單位檢測數(shù)據(jù)的有效性，都會配備1個熱平衡實驗室，以便及時針對焓差室測試偏差較大的樣機進行復測，確保檢測結(jié)果的準確性。而焓差實驗室成本相對較低，檢測機構(gòu)或企業(yè)多數(shù)以焓差實驗室為主，而企業(yè)對于焓差實驗室的配置數(shù)量也是與其年產(chǎn)量密切相關(guān)的，以確保出廠抽樣檢測數(shù)量。

5 結(jié)論與討論

在空調(diào)器能效檢測方面，焓差法相比熱平衡法除了測試精度上略有不足之外，在檢測范圍、檢測速度、設備投入等方面有著巨大的優(yōu)勢，目前焓差法已經(jīng)成為空調(diào)器性能檢測的最主要手段。但由于檢測設備、檢測方法、人員、樣品狀態(tài)等各方面客觀存在的誤差，使得各實驗室焓差試驗所得數(shù)據(jù)的一致性較差。同時，由于缺少有效的分析和糾正方法，即便通過實驗室間比對試驗確定了數(shù)據(jù)差異的存在，也很難對數(shù)據(jù)差異的產(chǎn)生原因進行分析，并通過糾正措施來提高各實驗室間檢測數(shù)據(jù)的一致性。