基于空氣焓差法的全自動空調性能測試系統的研究與實現

夏 玲， 王 雷， 武亞偉， 錢雪峰， 陳 玲， 戴 琳， 劉貴芳

（合肥通用機械研究院制冷空調與環境控制研究所，安徽合肥， 230088）

0 引言

房間空調器的性能測試原理主要有空氣焓差法和熱平衡法兩種，相對于熱平衡法而言，空氣焓差法具有投資小、反應快等優點，故被廣泛應用于各大空調生產廠家以及檢測機構的試驗室中。傳統的空氣焓差法空調測試多采用手動控制，測試人員根據需要手動啟、停相關設備，例如噴嘴、壓縮機、電加熱等。這種控制方式雖然可以正常完成測試，但測試效率較低，設備的組合使用完全取決于操作人員的經驗，如果選用不合適容易造成測試工況不穩定或者電能的大量浪費。而且測試人員需要始終觀察測試進程，并對設備的運行狀態予以調整，測試過程動輒持續幾天，勞動強度很大。針對以上情況，本文將自動測控技術引入到空氣焓差法空調性能測試當中，實現了空調性能的全自動無人值守測試，可大大提高測試效率，降低測試人員的勞動強度，節約了人力資源成本。由于測控過程由計算機執行，從而能夠對整個測試過程的設備使用情況予以記錄，實現了測試過程的可追溯性。

1 測試系統簡介

本系統依據國家標準GB-T 7725-2004《房間空氣調節器》設計并實現，測試裝置主要包括室內側與室外側試驗房間、房間空調裝置和空氣流量測量裝置三大部分[1]，以及具體涉及到的壓縮機、電加熱、電加濕、取樣器等設備。該裝置采用標準規定的風洞式空氣焓差法的布置原理，如圖1所示，通過空氣流量測量裝置噴嘴的進出口空氣的干濕球溫度、靜壓、壓差等參數，準確計算被測單元式空調機與多聯機的風量、制冷/熱量、消耗功率、能效比等性能參數。其中供冷量計算公式如下：

式中 qtci—供冷量，W；

Qmi—空氣流量，m3/h；

ha1—進入被試機器空氣的焓，J/kg干空氣；

ha2—離開被試機器空氣的焓，J/kg干空氣；

Vn′—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。

系統中的測控儀表主要有數據采集器、數字功率計、數字調節表、PLC和觸摸屏等。測控軟件通過與數據采集器和數字功率計實時通訊獲取系統中的溫度、壓力、功率等測量參數數值并進行計算分析，然后通過數字調節表和PLC對測試現場的設備啟停和運行狀態予以實時監視和控制，從而達到全自動測試的目的[2]。

2 全自動測試系統的相關設計

為了實現全自動無人職守測試，測試系統必須能夠以比較精確的方式運行，系統各設備間的匹配要合理[3]。例如，在需要向系統中投入熱量的時候，或者選用多個小功率固定電加熱組合使用，或者選用一個大功率可調電加熱通過高精度數字調節器輸出4～20mA信號來精確控制其輸出的熱量。如果選用的設備匹配不合理，開啟設備時很容易出現工況無法穩定運行多，開一臺加熱熱量超過壓縮機的冷負荷，少開一臺加熱又不夠抵消壓縮機的冷負荷的情況[4]。

出于成本和使用效率的綜合考慮，該系統中的電加熱均選用可調電加熱，在使用時只需要開啟設備即可，其輸出熱量多少由數字調節器通過PID運算進行精確控制，不需要投入熱量時輸出為零，不需要關閉電加熱；壓縮機均選用AC220V/50Hz的定頻壓縮機，通過測控軟件動態決定其啟、停狀態，多余的冷量由可調電加熱予以平衡。

3 軟件測控流程

測控軟件內部分為多個運算處理單元，例如室內側設備運行單元、室外側設備運行單元、風洞噴嘴運行單元，各處理單元完全獨立，互不干擾。由于室內側單元、室外側單元的處理模式類似，故以下僅以室內側設備運行單元為例來說明測控軟件的測控流程。

室內側設備運行單元的測控流程如圖2所示。

在調節室內側工況的時候，首先調節室內側進口干球溫度，待進口干球溫度穩定15分鐘以后再調節進口濕球溫度，此時如果濕球溫度無法穩定，則通過調節壓縮機的投入量，間接影響電加熱、電加濕的投入量，從而調節濕球溫度穩定，達到目標值的目的。如果設備間的匹配較好，此處最多進行一次調節即可實現工況的穩定運行。

由于室外側進口干球溫度有可能低于0℃，所以在室外側設備運行單元中，在0℃以下時改為通過對進口相對濕度的調節來控制進口濕球溫度，從而實現工況的穩定，其他類同室內側相應設備的控制，在此不再贅述。

圖2的測控流程中，各設備的啟動及關閉條件的循環判斷，是建立在當前運行狀態的基礎上，如果運行狀態一致則無動作，如果運行狀態不一致則進行啟動或關閉動作，不會導致重復啟動。從圖2可以看出，即使在室內側設備運行單元內部，各設備之間的運行邏輯也基本上采用并行處理，這樣可以最大程度的保證設備狀態控制的穩定性。

4 測控軟件實例

測控軟件采用C++Builder 6.0企業版結合Access數據庫引擎進行開發，該軟件實現了兩種測試方式，即自動測試方式和手動測試方式，其中手動測試方式與傳統的測試方式相同，測控軟件只測量不控制。在自動測試方式下，測試人員需預先設置測試列表，包括每個測試工況的具體參數以及工況的最長運行時間，如果由于被測空調器自身原因導致在最長運行時間內沒有達到工況穩定，則自動切換進行下一工況的測試。

圖3為在實際測試過程中測控軟件進行設備監控的總覽畫面。

由于在全自動測試方式下，所有設備的運行狀態切換均由計算機發送指令來實現，所以對設備運行狀態的記錄成為了可能，從而實現了測試過程的可追溯性，可以通過這些記錄對全自動控制的邏輯進行分析，并進行相應的優化。圖3左側為設備狀態切換記錄。

5 結語

該測試系統已在上海、東莞等多家外資、知名空調企業應用，根據設備使用記錄可追溯測試過程，提高了測試效率，降低了人員勞動強度，通過了長期使用考核，得到相關技術研發和試驗操作人員的肯定。目前，該系統仍在進一步改進，目標是通過優化系統匹配、完善軟件測控流程，使得全自動測試系統能夠更快速更穩定的完成測試，減少能源消耗，進一步提高測試效率，從而為空調企業創造更大的價值。

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[1]GB-T7725.房間空氣調節器[S].2004.

[2]蔣念平，李建波，余曉明，等.空調測試系統的現場總線應用方案設計[J].工程設計學報，2007，14（2）：160～164.

[3]關新宇.冷水機組全自動測試設備的設計[J].山東機械，2002，（2）：19，20，34.

[4]白建民，陳劍波，劉峰，等.風機性能全自動測試系統的設計[J].制冷與空調，2009，9（6）：94～97.