一種家用空調(diào)性能現(xiàn)場測量裝置

林 瑋 章偉富 倪紅華 許亞東 金升潮 章譽騫

（浙江方圓檢測集團(tuán)股份有限公司 杭州 310018）

引言

家用空調(diào)器明示性能指標(biāo)反映制冷系統(tǒng)在實驗室特定工況下的運行性能，而由于建筑類型、氣象環(huán)境、內(nèi)/外機安裝位置、人員操控等諸多可變參數(shù)與實驗室不同，家用空調(diào)產(chǎn)品在用戶現(xiàn)場的制冷、制熱性能與試驗室檢測結(jié)果存在一定差異，無法真實反映產(chǎn)品在用戶使用環(huán)境下的實際運行效果，部分現(xiàn)場安裝的空調(diào)類產(chǎn)品甚至無法滿足用戶的使用需求,致使產(chǎn)品質(zhì)量糾紛增多。近幾年，涉及用戶現(xiàn)場的家用空調(diào)產(chǎn)品現(xiàn)場運行能力的鑒定及驗收需求日益增加。

目前國際通用的空調(diào)性能測量方法有壓縮機性能曲線-容積效率法、質(zhì)量流量計法、空氣焓差法[1]。壓縮機性能曲線-容積效率法依賴壓縮機廠家提供壓縮機性能參數(shù)，難以實現(xiàn)第三方測量。質(zhì)量流量計法需安裝儀表測試?yán)涿劫|(zhì)量流量，破壞了原有制冷劑管道，且測量成本較高。空氣焓差法因能較準(zhǔn)確反映空調(diào)風(fēng)量、制冷制熱能力、能耗，當(dāng)前第三方檢測機構(gòu)和企業(yè)實驗室多采用空氣焓差法測量空調(diào)系統(tǒng)在標(biāo)定工況下的空調(diào)性能。空氣焓差法運用于用戶現(xiàn)場測量時容易碰到諸多問題，例如試驗裝置過大不便攜帶和現(xiàn)場安裝，現(xiàn)場室內(nèi)/外間的多組傳感器線纜布置將影響房間漏熱。

針對上述問題，本文設(shè)計研發(fā)了一款基于空氣焓差法且適用于用戶現(xiàn)場的家用空調(diào)性能測量裝置，包括測試系統(tǒng)和電控系統(tǒng)。本裝置通過雙頻無線客戶端傳輸室內(nèi)/外間信號減少了室內(nèi)外間室漏熱，采用均壓管壓差計法測量風(fēng)管處動壓代替?zhèn)鹘y(tǒng)的噴嘴壓差法進(jìn)行風(fēng)量測試，減小了測量裝置的物理尺寸。

1 測試系統(tǒng)

測試系統(tǒng)包括送風(fēng)管道（含室內(nèi)送風(fēng)溫濕度傳感器、出風(fēng)靜壓傳感器）、測試段管道（含壓差計、引風(fēng)機）、室外空氣取樣器（含溫/濕度傳感器）、室內(nèi)回風(fēng)取樣器（含溫/濕度傳感器）、大氣壓力傳感器。

室內(nèi)回風(fēng)、室外空氣采用如圖2所示的空氣取樣器，取樣器的3根豎管上開設(shè)有取樣口。室內(nèi)回風(fēng)取樣器距離空調(diào)器室內(nèi)回風(fēng)口約0.15 m。室外空氣取樣器位置應(yīng)不受空調(diào)器排出風(fēng)的影響，可置于距離外機上蓋0.15 m處或外機進(jìn)氣口0.15 m處，室內(nèi)送風(fēng)溫濕度傳感器置于送風(fēng)管道幾何中心點。

圖1 測試系統(tǒng)示意圖

引風(fēng)機為可調(diào)速風(fēng)機，通過調(diào)節(jié)引風(fēng)機轉(zhuǎn)速使得送風(fēng)管道處的出風(fēng)靜壓保持在0±1 Pa，出風(fēng)口靜壓測點設(shè)置在距離空調(diào)出風(fēng)口為，A、B為家用空調(diào)出風(fēng)口截面尺寸。測試段管道中焊接有如圖3所示的均壓管（測壓十字架），均壓管上開有若干檢測孔，兩架均壓管測點間裝有壓差傳感器，測量管內(nèi)氣體動壓。

圖3 風(fēng)量測試段

圖4 采集參數(shù)傳輸過程

2 電控系統(tǒng)

鑒于用戶現(xiàn)場的供電電壓波動較大，本裝置裝有調(diào)壓器，現(xiàn)場測試前通過調(diào)壓器調(diào)節(jié)家用空調(diào)的供電電壓在（220±2）V。裝置通過功率參數(shù)儀采集家用空調(diào)的輸入電壓、電流、功率。實時采集的室外溫濕度數(shù)據(jù)通過雙頻無線客戶端傳送到室內(nèi)房間端，協(xié)同室內(nèi)回風(fēng)溫濕度、室內(nèi)送風(fēng)溫濕度、大氣壓力、靜壓、送風(fēng)管道動壓，通過交換機傳送數(shù)據(jù)到上位機，在上位機軟件完成空調(diào)性能計算，輸出家用空調(diào)的關(guān)鍵性能參數(shù)制冷量、制熱量、輸入功率、制冷性能系數(shù)、制熱性能系數(shù)。

3 現(xiàn)場測量的儀器設(shè)備選型和準(zhǔn)確度

現(xiàn)場測量裝置的主要參數(shù)采集儀型號和設(shè)備準(zhǔn)確度見表1。

表1 現(xiàn)場測量裝置設(shè)備選型和儀表準(zhǔn)確度

4 空調(diào)性能計算軟件編制

本文以冷量計算為例，制熱量計算可參照制冷量計算公式執(zhí)行。依據(jù)GB/T 7725-2022，房間空調(diào)器的制冷量由室內(nèi)側(cè)決定[2]。

式中：

φ—室內(nèi)側(cè)測量的總制冷量；

q—空調(diào)器室內(nèi)測點的風(fēng)量；

ha1—空調(diào)器室內(nèi)側(cè)回風(fēng)空氣焓值；

ha2—空調(diào)器室內(nèi)側(cè)送風(fēng)空氣焓值；

—測點處濕空氣比容；

Wn—測點處的空氣含濕量。

其中q室內(nèi)側(cè)點的風(fēng)量按式（2）計算。

式中：

ε—流量系數(shù)，通常取1；

A—室內(nèi)送風(fēng)管道測點處的截面積

ΔP—均壓管處測得的壓差。

其他符號定義見公式（1）。

由于現(xiàn)場檢測時送風(fēng)管道安裝的局限性，本文引入漏熱量對制冷量進(jìn)行修正，修正后的公式如下。

式中：

k—漏熱系數(shù)；

Ta1—室內(nèi)回風(fēng)干球溫度；

Ta2—室內(nèi)送風(fēng)干球溫度。

其他符號定義見公式（1）。

式（3）中的漏熱系數(shù)k受送風(fēng)管道材料影響，通過GB/T 7725-2022附錄D.3.4的標(biāo)定試驗確定具體數(shù)值，本文中k取2。ha1、ha2、、 Wn均可通過傳感器采集的參數(shù)計算得到，相關(guān)計算可參考GB/T 7725-2022的附錄A、附錄D，本文不做展開敘述。

5 試驗研究

選取一臺市場流通的轉(zhuǎn)速可控型家用房間空調(diào)器作比對樣機，其明示參數(shù)見表2。

表2 某家用空調(diào)明示性能參數(shù)

分別采用本文研制的空調(diào)性能現(xiàn)場測試平臺和國家CNAS認(rèn)可實驗室的焓差試驗室對該空調(diào)進(jìn)行名義制冷量測試。名義制冷量測試時，按空調(diào)器制造商提供的名義制冷壓縮機運行頻率及其設(shè)定方法，設(shè)定空調(diào)器運行狀態(tài)，具體測試結(jié)果見表3。

表3 空調(diào)制冷能力測試結(jié)果比較

由表3可知，在室內(nèi)、外環(huán)境都符合標(biāo)準(zhǔn)名義制冷工況要求的情況下，通過本文研制的空調(diào)性能現(xiàn)場測量裝置測得的制冷量略大于比對實驗室設(shè)備檢測結(jié)果，偏差約為1.1 %，而輸入功率僅相差0.5 W，制冷性能系數(shù)偏差也僅1.0 %。通過上述比對試驗，空調(diào)性能現(xiàn)場測量裝置有較好的測試準(zhǔn)確度。

6 用戶現(xiàn)場測量時的注意事項

現(xiàn)場測量區(qū)別于焓差試驗室測量，容易受氣候、現(xiàn)場安裝等條件影響。采用本文研制的家用空調(diào)性能現(xiàn)場測量裝置進(jìn)行現(xiàn)場測量時，應(yīng)盡量選擇無雨雪、無大風(fēng)的天氣，避免雨雪、大風(fēng)對室外參數(shù)采集準(zhǔn)確度的影響。室內(nèi)送風(fēng)管道需要根據(jù)實際空調(diào)內(nèi)機出風(fēng)口尺寸進(jìn)行裁制，風(fēng)道材料選擇類似聚苯乙烯擠塑板的保溫材料。關(guān)注家用空調(diào)的輸入電壓波動，通過調(diào)節(jié)變壓器，維持輸入電壓在（220±2）V范圍內(nèi)。

7 結(jié)論

本文針對當(dāng)前家用空調(diào)現(xiàn)場測量的難題，從焓差測試的基本原理著手，在保證測試精度的前提下著重設(shè)備輕便化，設(shè)計研發(fā)了一套適用于現(xiàn)場測量的焓差測試裝置，并采用一臺家用空調(diào)作為被測樣機與對照實驗室的焓差試驗室進(jìn)行比對測試，制冷量偏差結(jié)果僅約1.1%，輸入功率幾乎沒有偏差，制冷性能系數(shù)偏差1.0%，完全滿足現(xiàn)場測試要求。最后給出實際現(xiàn)場測量時天氣選擇、測量設(shè)備安裝、供電電壓波動等注意事項。該家用空調(diào)性能裝置的研發(fā)，有助于推動家用空調(diào)現(xiàn)場檢測業(yè)務(wù)，為后續(xù)第三方檢測機構(gòu)、生產(chǎn)企業(yè)、家庭用戶清晰了解現(xiàn)場空調(diào)的實際運行狀態(tài)提供了有利的數(shù)據(jù)支撐和評價依據(jù)。