淺談空調系統試驗臺架在正向設計中的作用

陳光伍，韋 巍，田汪慶

（安徽江淮汽車集團股份有限公司技術中心，安徽 合肥 230601）

引言

隨著我國經濟社會的發展，人們對于物質生活的要求不斷提升。空調系統也逐步成為人們日常生活中必不可少的一部分。空調系統在進行銷售前，其性能需要進行確認。環境試驗是驗證產品設計及質量的主要手段[1]。隨著科學技術的發展，為了解決如何把系統控制到預期工況這一技術難題，環境試驗設備發揮著重要作用[2]。

壓縮機、空調器等制冷設備的性能試驗臺，測量與控制的可靠性尤為重要。沒有準確的測量與精準的控制，性能試驗臺無法獲取可靠的測試數據，也就很難完成待測設備的性能試驗與研發。同時，近兩年通過與貝爾、德爾福、空調國際、法雷奧、電裝、松芝、杰信、新電、豫新等國內外空調系統廠交流，得知中國目前最好的整車空調研發團隊是泛亞汽車的空調電子部。對其空調研發團隊進行分析，發現其在空調系統的冷凍油循環量測試、模擬整車裝配狀態的空調性能測試、空調系統在極限工況下（高溫、高速或怠速）運行情況測試、空調系統受前端模塊（水箱、中冷器、通風格柵等）的影響程度、HVAC的溫度線性測試等研究位于行業前列，而其研究的基礎就是空調試驗臺架。

因此，本文通過闡述某款空調系統正向設計過程中加熱器單體在空調系統試驗臺架上的驗證過程，明確指出，低成本高質量空調系統開發的整體思路就是：大力控制環模試驗的次數，切實提高環模試驗質量，充分利用臺架試驗進行空調系統單點測試并確保準確性[3]在空調系統正向設計中的重要性。

1 試驗設備、評價指標及測試方法

1.1 試驗設備

空調系統綜合試驗臺架是一套由試驗室、風量測定裝置、空氣調和器、空氣溫度測定裝置、濕度測定裝置、加熱器試驗輔助系統、試件電源供應箱、熱電偶箱、冷媒系統所構成的能夠測定空調系統各項性能的試驗臺架。

1.2 評價指標

對于空調系統而言，換熱量直接影響整套空調系統的性能。而一個經過優化的空調系統的制冷器的散熱系統的散熱能力總是有限的。雖然通過增加副冷凝器的同時增加制冷劑充注量[4-6]的方式能達到改善散熱系統散熱能力，提升空調系統性能的目的，但這樣可能會與系統開發中“低成本、高質量”的目標相悖離[7-8]。因此，在給定的邊界條件下，空調系統的換熱能力的平衡點就成為了整個空調系統性能的一個重要評價指標。以某款加熱器為例，設計狀態要求該加熱器在風量為300 m3/h狀態下加熱能力≥（5 000～5%） W，但使用傳統的測試方法可能無法對其性能進行系統的模擬、分析，也就無法對其進行全面的評價。

1.3 測試原理簡述

在空調系統的日常使用過程中，其使用的環境溫度、濕度、通風量、通過系統的風量以及介質的流量、介質的進入溫度等的合理使用有利于改善空調制冷系統的高溫運行性能,拓寬其運行溫度范圍[9]。因此，在使用空調系統綜合試驗臺架對換熱能力（換熱量）進行對比測試時，需針對該套系統的日常使用環境對這幾組變量參數進行設定，同時對其中的部分可控因素進行調整，獲得盡可能多的測試數據，從而對設計分組提供數據支持。

2 試驗舉例及分析

以某公司生產的某款加熱器為例，為驗證其性能，針對關鍵邊界條件進行設定（邊界條件賦值來源于加熱器常用工況），并針對其中的影響性能的關鍵因素（風量、水流量）進行調整、測試，同時對測試數據進行記錄。

流量分別設置：4 L/min、8 L/min、12 L/min、16 L/min、20 L/min、24 L/min，風量分別設置200 m3/h、300 m3/h、400 m3/h、500 m3/h、600 m3/h。進氣溫度：（20±0.5）℃，進口溫度（85±0.5 ）℃。詳見表1：

表1 測試邊界條件設定參數

2.1 數據采集及處理涉及名詞

（1）空氣進口溫度：試驗室內的空氣溫度；（2）空氣濕球溫度：試驗室內的空氣濕度；（3）介質進口溫度：加熱器進口介質溫度；（4）加熱器風量：通過加熱器的風量；（5）介質流量：單位時間內通過加熱器單位面積的介質的體積；（6）換熱量：測試樣件的換熱性能結果；（7）加熱器風阻：空氣通過加熱器的壓力降；（8）加熱器流阻：介質通過加熱器的壓力降。

2.2 對同一風量不同介質流量情況下數據分析

分別在加熱器風量為：200 m3/h、300 m3/h、400 m3/h、500 m3/h、600 m3/h，以介質流量為4 L/min、8 L/min、12 L/min、16 L/min、20 L/min、24 L/min進行測試，并對測試結果進行采集，見表2，并對結果形成曲線圖，見圖1、圖2：

表2 熱換量與風量、介質流量數據

圖1 加熱器換熱能力與風量曲線

圖2 加熱器風阻與風量曲線

由測試數據和曲線圖可以看出，針對該款加熱器，加大介質流量后其換熱量有明顯的提升，但是從16 L/min后，即使加大介質流量，其換熱性能也無明顯提升。同時，增大流量后，在低風量條件下，對應的加熱器風阻無明顯變化。

2.3 小節

針對該款加熱器，廠家設計階段的綜合要求為：在風量不大于400 m3/h的情況下，其換熱性能需達到大于、等于4 750 W的指標要求。因此，綜合考慮該款加熱器的測試性能，可以選擇介質流量為4L/min的設備與其相匹配。

3 結論

本文闡述了利用空調系統綜合試驗臺架實現正向開發階段的空調系統的匹配、驗證分析工作。使用該臺架進行測試具有以下優勢：試驗效率高，不需要進行整機搭載；試驗精度高，針對試驗結果產生影響的邊界條件可以進行有效的控制；試驗重復性好，完全滿足對比試驗的需要，且可以直觀地用數據曲線圖對關鍵指標進行分析說明。

因此，空調系統綜合試驗臺架在空調系統的正向開發中有著巨大的推動作用，不僅可以在設計開發階段給予設計人員支持，同時可以在后期為設計變更、降成本等工作時提供有效的對比數據及圖表支持。