焓差實驗室點檢關鍵部位對能效準確度的影響分析

李斌誠

（威凱檢測技術有限公司 廣州 510663）

引言

一直以來大型設備的管理是國內外企業生產經營活動不可或缺的部分，而大型設備的管理體系中設備點檢又是重中之重。所謂設備點檢[5]，是按照一定的標準和一定的周期對設備規定的部位進行對應的檢查，以便于盡早發現設備的故障或隱患，然后及時加以修正或調整，使得設備持續保持其規定的功能。設備點檢是從20世紀80年代開始，由工業先進國家引入到中國的，目前已得到廣泛的應用，為完善和發展中國的企業設備管理體系提供了一種切實可靠的方法。點檢應用到焓差實驗室后，除了具備一般設備點檢的功能以外，更注重于測試的穩定性和對測試結果準確度的提升。

如何進行高效的焓差實驗室點檢，有效地提升焓差實驗室能效測試的準確度是我們設備管理工作者不斷探索的課題。這種能夠提升能效準確度的點檢方法研究應用到生產和實踐中，經歷了認知—應用—再認知—再應用的過程，使得國內先進的企業、科研單位、第三方檢測機構等建立焓差實驗室先進的點檢機制勢在必行。因此，對焓差實驗室先進的點檢方法進行分析研究，提升焓差實驗室能效準確度的研究在這里就“呼之欲出”了。

1 焓差實驗室點檢的主要內容

通常焓差實驗室的點檢包括表1的內容。

首先，我們分析一下不同點檢部位的區別：表1中1-7點檢部位屬于實驗室運行的基本保障類，這類點檢是為了保證實驗室無故障運行；8-10點檢部位則屬于測量裝置類，更偏向于確保實驗室能效測試的準確度。下面我們將著重分析這些對能效準確的影響較大的點檢部位，我們如何明確點檢部位的項目和內容，同時對這些點檢部位對應的各個測量量進行誤差分析。

2 建立數學模型并分析能效測試中誤差的主要來源

從定義出發，空調的能效（又稱能效比），通常是指額定制冷量與額定消耗功率的比值。這里面牽扯到一個直接測量[4]量（功率）和一個間接測量[4]量（制冷量）。作為直接測量量，功率可以由點檢部位中的功率測量系統直接得出，人為操作空間較小，故功率的誤差主要來源是測量設備的誤差。下面我們重點探討制冷量的誤差來源，使用焓差法來測量空調器的制冷量是指通過測量空調器室內機的進、出口空氣焓值之差以及吹出風量來計算確定空調器的制冷能力。根據相關標準，制冷量的定義為：空調器在額定工況和規定條件下進行制冷運行時，單位時間內從密閉空間、房間或區域內除去的熱量總和，單位：W。結合GB/T 7725-2004《房間空氣調節器》[1]建立制冷量數學模型，見式（1）。其中焓值和風量的測量都屬間接測量量,是通過溫度、壓力、長度等直接測量量按公式計算而得。

式中：

Φtci—空調器室內側總制冷量，W；

qmi—空調器室內測點的風量，m3/s；

ha1—空調器室內回風空氣焓值，J/kg；

ha2—空調器室內送風空氣焓值，J/kg

V＇n—噴嘴處空氣比容，m3/kg；

Wn—噴嘴處的含濕量，kg/kg（干）。

表1 焓差實驗室點檢內容

根據式1中各個相關輸入量的物理意義，建立各個輸入量的數學模型，如下：

式中：

Pv—噴嘴前后靜壓差，Pa；

ta1—室內測回風溫度，℃；

ta2—室內測送風溫度，℃；

Pq—空氣中水蒸汽分壓力，Pa；

Ta—噴嘴進口處空氣干球溫度，K；

Cd—噴嘴流量系數；

Vn—在標準大氣壓下噴嘴處空氣比容，m3/kg；

A —噴嘴面積，m2；

B —大氣壓，Pa；

Ts—噴嘴進口處空氣濕球溫度，K；

Pqd—干球溫度下的飽和水蒸汽分壓力，Pa；

u —流經濕球溫度計紗布的空氣流速，m/s。

由以上數學模型[2]分析歸類可得表2。

表2 誤差來源與類型

3 空氣采樣裝置的點檢分析

3.1 點檢鉑電阻

參照JJF（機械）076-2010《焓差實驗室校準規范》[3]的方法，使用標準鉑電阻進行比對，利用恒溫槽檢查并校準空氣采集裝置中的鉑電阻。

點檢順序應先由0 ℃點開始，再分別向上限值或下限值±5 ℃逐點進行；每個點檢溫度均參考以下步驟：調節恒溫槽，使恒溫槽內的溫度接近某一校準溫度點，把標準鉑電阻溫度計和空氣采集裝置中的鉑電阻一起插進恒溫槽里面，當恒溫槽內溫度達到規定的校準點的溫度，并且達到穩定狀態，讀取標準鉑電阻顯示的溫度和空氣采集裝置中的鉑電阻的顯示值（見圖1）；每個測試點讀數三次，計算其平均值。

圖1 鉑電阻點檢原理

從以上的點檢方法可以看出，為減少鉑電阻本身量具因素產生的誤差，我們在點檢中參考了校準規范去用精度更高的量具進行比對，甚至比對不同溫度點的數量多于校準規范的要求，利用更多的比對溫度點去調整鉑電阻的修正公式。

最后，根據點檢結果利用焓差實驗室的軟件修正公式進行修正，使得鉑電阻的最大允許誤差為±0.05 ℃。參考表3的實測數據可知，修正后的結果使得室內出風干球溫度與標準鉑電阻的偏差可控制在±0.03 ℃以內，可以達到比校準規范要求更高。

3.2 采樣器風速的確認

通?？諝獠蓸悠鞯臐袂驕囟葴y量需要在合適的風速下進行，所以必須將采樣器的風速控制在一定的范圍內。根據GB/T 7725-2004[1]要求流過濕球溫度計的氣流速度不小于5 m/s。

采用通過校準的風速儀測量濕球鉑電阻所在位置的風速，以風速儀的風速傳感器探頭居于溫度測量器內距離底部約20 mm為宜（見圖2）。每個點重復測量三次，計算其平均值。

根據點檢結果先考慮檢查采樣管是否暢通，排除堵塞的異物，然后調整采樣器進氣孔數量（通常使用布基膠布封堵），如圖3所示，從而使得風速控制在5 m/s，太小不符合標準要求，太大則容易使濕球紗布水分蒸發過快，水杯頻繁補水，不利于實驗室的長時間運行。

3.3 采樣裝置綜合檢查

綜合檢查主要是檢查或發現采樣器中其他影響測試準確度的因數。

濕球紗布問題：濕球溫度測量前，需要嚴格按照要求來包裹濕球紗布，以保證濕球紗布與水分可以充分進行熱濕交換。檢查濕球下方的蒸餾水的水位正常，通常以浸泡紗布15～20 mm為宜。

檢查鉑電阻表面情況：一般長時間使用后，鉑電阻的表面會生成一層水垢，從而增大了導熱熱阻，直接影響了濕球溫度的測量精度。

影響采樣裝置測量偏差的情況還有：采樣空調器室內出風的采樣器電機發熱對受風室內的空氣產生了再熱，再加上采樣電機的排風口與采樣裝置（采樣耙）距離較近，使的被測空調器出風空氣參數發生變化。采樣電機出風口處應增加一段出風延長管道，從而減少對采樣空氣的影響。

表3 鉑電阻修正前后對比

圖2 風速傳感器位置指示

圖3 采樣器進氣孔示意圖

4 風量測量裝置的點檢分析

4.1 噴嘴裝置的氣密性

1）封閉受風室開口，封閉噴嘴室所有噴嘴。

2）開啟靜壓風機，手動控制靜壓控制表輸出，使得噴嘴差壓達到900 Pa以上，記錄受風室靜壓。

3）受風室靜壓不低于-2 Pa則通過該項測試。

4.2 受風室密性

1）封閉受風室開口，開啟φ25 mm噴嘴。

2）開啟靜壓風機，手動控制靜壓風機轉速，當靜壓值達到-50 Pa以下，記錄噴嘴差壓值。

3）最大漏風量與試驗室最大測量風量之比不大于0.5 %則通過該項測試。

4.3 通風試驗

1）回風叉排置于受風室前開口，控制試驗室內工況穩定。

2）全開噴嘴，開啟靜壓風機，手動控制靜壓風機轉速，使得風量達到最大風量80 %左右。

3）回風溫濕度及出風溫濕度曲線拉平后，觀察回風干濕球溫度與出風干濕球溫度，偏差要求在±0.1 ℃內。

4）達不到第3）條，檢查鉑電阻一致性、溫度測量器，以及檢查試驗室內空氣溫度均勻性。

4.4 壓力變送器

首先進行壓力變送器的氣管檢查，解決開裂、老化、壓褶等問題；然后進行調零，把壓力變送器兩端的氣管短接，根據讀數調整壓力變送器表頭處的調零裝置即可；最后如圖4所示在進氣管處外接一個三通接頭，并利用壓力發生器和壓力標準器進行壓力變送器的比對校準試驗。點檢的順序應先從0 Pa開始，再分別向上限值或下限值±50 Pa逐點進行。

圖4 壓力變送器點檢示意圖

本章節主要是針對直接測量量的點檢方法進行探討，通過4.1、4.2的點檢方法驗證裝置本身的氣密性，排除由于實驗室裝置結構的氣密性原因導致的測量的誤差變大；然后再通過4.3、4.4的點檢方式進一步減少由于鉑電阻或壓力傳感器這種設備本身產生的誤差，從而使得測量結果更準確有效。這也從側面驗證了直接測量量對于測量結果準確度的重要性，我們可以通過對存在直接測量量的實驗室關鍵部位進行更深層次的點檢來提高能效測試的準確度。

5 結語

本文從點檢內容到點檢關鍵部位的確認，再到對關鍵部位點檢的方法及誤差分析，可以得出焓差實驗室關鍵部位的點檢能夠有效地提升焓差實驗室能效測試的準確度。對實驗室點檢人員或管理人員來說，本課題的一些觀點也可以為改進焓差實驗室的點檢工作的研究提供大概方向，整體上要從直接測量量入手，找出可能產生最大誤差的關鍵部位，從而改進點檢方法或點檢的設備。本文提出的課題理論角度偏小，但同時具有一定的創新性，為后期對焓差實驗室中關鍵設備或方法進行優化提供了一定的參考。