風(fēng)機盤管性能測試系統(tǒng)設(shè)計及影響因素分析

夏玲，錢雪峰，岳海兵，張澤國

（合肥通用機械研究院，合肥 230088）

0 引言

根據(jù)調(diào)查，建筑總面積不足我國城鎮(zhèn)民用建筑面積5%的大型公共建筑，其用電量約占我國建筑用電量的25%[1]。其中一半以上電耗用于中央空調(diào)，因此研究降低大型公共建筑空調(diào)系統(tǒng)能耗非常重要，作為建筑空調(diào)系統(tǒng)重要的組成部件的風(fēng)機盤管，由于產(chǎn)能的擴大和市場的競爭，生產(chǎn)廠家對于其性能的研究和部分新技術(shù)如干式風(fēng)機盤管的研究逐漸重視起來，市場上卻沒有較好的測試設(shè)備，本文論及的全工況性能測試系統(tǒng)，完全可以滿足性能評價和新技術(shù)研究的要求。

1 風(fēng)機盤管機組全工況性能測試系統(tǒng)組成及調(diào)節(jié)原理

1.1 風(fēng)機盤管機組全工況性能測試系統(tǒng)組成

由GB/T 19232-2003《風(fēng)機盤管機組》要求的測試項目[2]，參考國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 10870-2001 《容積式和離心式冷水（熱泵）機組性能試驗方法》[3]和GB/T 7725-2004《房間空氣調(diào)節(jié)器》[4]，可以知道：風(fēng)機盤管的風(fēng)側(cè)供冷量，通過測定被測空調(diào)機進、出口空氣的干、濕球溫度和空氣的流量等參數(shù)來確定；風(fēng)機盤管的水側(cè)供冷（熱）量通過測定風(fēng)機盤管進、出口水的溫差和水的流量等參數(shù)來確定，由此可以得出測試系統(tǒng)的原理如圖1所示。

由圖1可見，測試系統(tǒng)主要由：測試間圍護系統(tǒng)、空氣處理系統(tǒng)、空氣取樣測量系統(tǒng)、水系統(tǒng)和電氣控制系統(tǒng)五個系統(tǒng)部分組成。

1)測試間圍護系統(tǒng)：主要指用75 mm雙面彩鋼聚胺脂庫板拼裝而成的測試間，頂部有穿孔板，測試間內(nèi)的氣流組織采用上送風(fēng)、下回風(fēng)的方式。

2)空氣處理系統(tǒng)：測試間空氣處理系統(tǒng)包含有制冷（除濕）系統(tǒng)、電加熱盤管及蒸汽加濕系統(tǒng)、送風(fēng)機。空氣經(jīng)過處理后通過測試間上方穿孔板均勻的送至測試環(huán)境間內(nèi)。

3)空氣取樣測量系統(tǒng)：包含空氣取樣裝置和風(fēng)量測量裝置?？諝馊友b置的功能為均勻采集被測機器進、出口空氣狀態(tài)。風(fēng)量測量裝置為分體式，內(nèi)部有2個直徑為70 mm噴嘴和2個直徑為100 mm噴嘴，風(fēng)量測量范圍：(300～2380)m3/h[5]。

4)水系統(tǒng)：該水循環(huán)系統(tǒng)中包含了恒溫水箱、水泵、電磁流量計、溫度壓力取樣段、被測機器以及相關(guān)閥件組成的測量回路。

5)電氣控制系統(tǒng)：該測試裝置的電氣控制系統(tǒng)主要包含控制柜、設(shè)備動力供電系統(tǒng)和被試機供電系統(tǒng)三部分組成。設(shè)備動力供電系統(tǒng)由配電柜、動力柜組成。該測試裝置的控制、測量系統(tǒng)由現(xiàn)場的測量儀表和控制柜完成。電氣控制系統(tǒng)是整個試驗裝置的大腦，控制整套系統(tǒng)運轉(zhuǎn)。電氣設(shè)備的控制回路具有連鎖保護功能，并設(shè)有故障報警指示功能。

圖1 風(fēng)機盤管機組全工況性能測試系統(tǒng)原理圖

1.2 風(fēng)機盤管機組全工況性能測試系統(tǒng)調(diào)節(jié)原理

1)進口干球溫度：調(diào)節(jié)對象為風(fēng)機盤管的進風(fēng)處的干球溫度，主要是通過調(diào)節(jié)可調(diào)電加熱的調(diào)功器的輸出，來完成干球溫度的調(diào)節(jié)。

2)進口濕球溫度：調(diào)節(jié)對象為風(fēng)機盤管的進風(fēng)處的濕球溫度，主要是通過調(diào)節(jié)加濕箱的可調(diào)電加熱的調(diào)功器的輸出，來完成濕球溫度的調(diào)節(jié)。

3)恒溫水箱溫度：調(diào)節(jié)對象為風(fēng)機盤管的進水溫度，主要是通過調(diào)節(jié)水箱的可調(diào)電加熱的調(diào)功器的輸出，來完成恒溫水箱溫度的調(diào)節(jié)。

4)機外出風(fēng)靜壓：調(diào)節(jié)對象為風(fēng)機盤管的出風(fēng)靜壓，主要是通過調(diào)節(jié)風(fēng)洞引風(fēng)機的變頻器的輸出，來完成風(fēng)機盤管的出風(fēng)靜壓的調(diào)節(jié)。

5)供水量：調(diào)節(jié)對象為風(fēng)機盤管的水流量，主要是通過調(diào)節(jié)水泵的變頻器的輸出，來完成風(fēng)機盤管的水流量的調(diào)節(jié)。

6)功率計：用來測量被試機運行時的電量參數(shù)，包括：電壓、電流、功率、頻率、功率因素等。

2 風(fēng)機盤管機組性能測量時影響因素的分析

2.1 風(fēng)機盤管機組性能測量時風(fēng)側(cè)影響因素的分析

由GB/T 7725-2004《房間空氣調(diào)節(jié)器》[4]可以查得風(fēng)機盤管的風(fēng)側(cè)供冷量通過式(1)計算。

式中：

qtci——風(fēng)機盤管的制冷量，W；

qmi——風(fēng)機盤管的空氣流量，m3/h；

ha1——風(fēng)機盤管進口空氣的焓，J/(kg 干空氣)；

ha2——風(fēng)機盤管出口空氣的焓，J/(kg 干空氣)；

V’n——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)。

從(1)式中可以看出，風(fēng)機盤管機組制冷量測試的影響因素有：進口干、濕球溫度，通過進口空氣取樣器測量；出口干、濕球溫度，通過出口空氣取樣器測量；空氣流量，空氣流經(jīng)空氣流量測量裝置噴嘴時，產(chǎn)生較大的前后壓差，再由壓差變送器測量此壓差即可計算出空氣流量。

空氣流量可用式(2)計算。

式中：

qmi——空氣流量，m3/h；

C——流量系數(shù)；

Aa——噴嘴面積，m2；

Pv——噴嘴前后的靜壓差，Pa；

V’n——噴嘴處空氣的比容，m3/kg。

從式(2)中可以看出空氣流量是噴嘴喉部直徑、噴嘴前靜壓、噴嘴前后壓差以及噴嘴前干球溫度的函數(shù)。從式(1)、式(2)可以知道影響風(fēng)側(cè)制冷量的各因素，由此可按表1解決風(fēng)側(cè)測量不準(zhǔn)的常見問題。

表1 風(fēng)側(cè)測量不準(zhǔn)時常見檢查內(nèi)容及處理措施

2.2 風(fēng)機盤管機組性能測量時水側(cè)影響因素的分析

由GB/T 10870-2001 《容積式和離心式冷水（熱泵）機組性能試驗方法》可以查得風(fēng)機盤管的水側(cè)供冷（熱）量通過式(3)、式(4)計算。

式中：

qtco——風(fēng)機盤管的制冷量，W；

qtho——風(fēng)機盤管的制熱量，W；

Ww——風(fēng)機盤管的水流量，kg/s；

Cpw——水的比熱，J/kg℃；

tw2——風(fēng)機盤管出口的水溫，℃；

tw1——風(fēng)機盤管進口的水溫，℃；

Et——輸入空調(diào)機的總功率，W。

從式(3)、式(4)可以知道水側(cè)制冷量測試的影響因素有：進口水溫度，由進口溫度、壓力取樣段測量；出口水溫度，由出口溫度、壓力取樣段測量；水流量，由流量計測量。由此可按表2解決水側(cè)測量不準(zhǔn)的常見問題。

表2 水側(cè)測量不準(zhǔn)時常見檢查內(nèi)容及處理措施

3 風(fēng)機盤管機組性能測量不確定度

在測試系統(tǒng)使用過程中，通過專業(yè)的計算軟件采集數(shù)據(jù)進行計算，得到符合GB/T 19232-2003《風(fēng)機盤管機組》[2]要求的測試報告。測量不確定度是對測量結(jié)果質(zhì)量的定量表征，測量結(jié)果的可用性很大程度上取決于其不確定度的大小。所以，測量結(jié)果必須同時包含賦予被測量的值及與該值相關(guān)的測量不確定度，才是完整并有意義的[6]。

若是對于同一臺機組進行多次測量，對測量不確定度進行A類評定。若測試時工況穩(wěn)定，由于重復(fù)性造成的A類不確定度相對B類不確定度是可以忽略不計的。空氣流量的B類不確定度是由出口處干、濕球溫度、噴嘴前靜壓、噴嘴前后壓差、噴嘴直徑和流量系數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)不確定度造成的，其中起主要作用的是噴嘴前后壓差和噴嘴直徑的標(biāo)準(zhǔn)不確定度[7]。因此，除噴嘴要采用抗腐蝕性材料高精度制作外，所有的測試儀表也要選擇高精度儀表并進行標(biāo)定。該裝置中用到的儀表主要是鉑電阻和壓差變送器，將鉑電阻放置于恒溫槽中，和高精度鉑電阻采集的溫度進行比較，恒溫槽能提供不同的溫度，記錄下不同溫度點時，兩種鉑電阻的顯示值，然后整理數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)擬合成曲線，經(jīng)過這種標(biāo)定方法，溫度采集系統(tǒng)的誤差能控制在0.05℃[8]。壓差的標(biāo)定也類似于溫度的標(biāo)定,同樣也是采用和高精度壓力發(fā)生器在不同壓力下分別進行比對，這樣可以顯著降低測量不確定度的量值，增加測量結(jié)果的可信度。

4 結(jié)論

本文介紹的風(fēng)機盤管機組全工況性能測試系統(tǒng)設(shè)計、制造均符合國內(nèi)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的要求，方案先進，結(jié)構(gòu)合理。本測試系統(tǒng)具有很高的自動化程度，能實現(xiàn)自動控制和調(diào)節(jié)、過程監(jiān)控、數(shù)據(jù)采集和軟件傳輸，整個測試系統(tǒng)在試驗設(shè)備穩(wěn)定可靠運行的基礎(chǔ)上保證了測試的精度和準(zhǔn)確性。

本測試系統(tǒng)的建立，大大提高了我國制冷空調(diào)行業(yè)的測試水平，為風(fēng)機盤管機組的研究開發(fā)提供了一個設(shè)計合理、測試準(zhǔn)確、穩(wěn)定、可靠的測試平臺。

[1]張秀平,潘云鋼,田旭東,等.標(biāo)準(zhǔn)風(fēng)機盤管用于溫濕度獨立控制系統(tǒng)的適應(yīng)性研究[J].流體機械,2009,37(1):72-76,49.

[2]中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 19232-2003,風(fēng)機盤管機組[S].

[3]中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 10870-2001,容積式和離心式冷水（熱泵）機組性能試驗方法[S].

[4]中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 7725-2004,房間空氣調(diào)節(jié)器[S].

[5]錢雪峰,樊海彬,張紹華,等.風(fēng)機盤管機組測試用風(fēng)量測量裝置的設(shè)計[J].制冷空調(diào)與電力機械,2011,32(5):26-29.

[6]賈磊,錢雪峰,王溢芳,等.空氣焓值法測量空調(diào)制冷量的不確定度評定[J].制冷與空調(diào),2007,7(6):80-82,65.

[7]賈磊,岳海兵,程立權(quán),等.水源熱泵機組制冷量測量不確定度評定[J].流體機械,2008,36(9):56-58,41.

[8]鄭傳經(jīng),鄭慶偉,黃承宏,等.制冷空調(diào)試驗裝置中傳感器的標(biāo)定[J].流體機械,2006,34(1):77-79.