AHRI 1350—2014《組合式空調(diào)箱體性能》解讀

楊弋，石竹青，李芳，李亞運，李宏哲，馬金平，薛橋生

（1-合肥通用機械研究院有限公司，安徽合肥 230031；2-AHRI亞太地區(qū)，安徽合肥 230031）

0 引言

隨著中國經(jīng)濟的穩(wěn)步增長，國內(nèi)的冷凍空調(diào)設備正迅速走向國際化，產(chǎn)品的國際認證越來越受到關注。如今各類大型、高層民用建筑大量建造，空調(diào)系統(tǒng)的運用必不可少[1-2]。組合式空調(diào)機組是中央空調(diào)系統(tǒng)中的關鍵設備之一，它由各種空氣處理功能段組裝而成，具有送風、冷卻、加熱、加濕、空氣凈化、消聲等多種功能，并通過對空氣進行溫濕度與風量調(diào)節(jié)，從而改變空氣的狀態(tài)[3-4]。組合式空調(diào)除了對空氣參數(shù)具有良好的控制性能外，由于各功能段可根據(jù)用途實現(xiàn)自由組合，便于空調(diào)系統(tǒng)方案的改造，且維修便利，因而獲得廣泛應用[5-6]。隨著組合式空調(diào)的普及，近年來，已有眾多國內(nèi)外學者針對組空的運行特性和優(yōu)化控制等展開研究。如沈國民等[7]對組空控制系統(tǒng)進行仿真研究并設計出一種模糊自整定控制器。范波等[8]通過對組空啟動時間優(yōu)化控制策略，從而減少了空調(diào)系統(tǒng)運行能耗。SEO等[9]對組空在商業(yè)建筑中制冷能耗方面展開模擬分析探討。也有學者[10-11]對空調(diào)末端進行模擬分析，對其舒適性展開研究。除了從組空運行參數(shù)進行優(yōu)化，組合式空調(diào)的箱體自身性能，如機械性能、熱性能、泄漏率和噪聲等，也尤為重要。曹陽[12]通過解讀歐標EN 1886—2007和中國標準GB/T 14294—2008中組合式空調(diào)的箱體的性能要求，分析了兩者的異同點。石宇立等[13]就組空的噪聲以及漏風率問題，對機組設計提出優(yōu)化方案。對于出口北美地區(qū)的組合式空調(diào)機組認證，美國空調(diào)供暖和制冷工業(yè)協(xié)會AHRI推出一系列標準，規(guī)定了產(chǎn)品設計遵循的原則以及認證測試要求。

1 組合式空調(diào)AHRI認證形式

美國AHRI認證以組合式空調(diào)產(chǎn)品標準作為認證依據(jù)，通過對機組進行性能認證來證實選型軟件與實際產(chǎn)品性能的差異，并及時修正選型軟件的偏差，從而保證產(chǎn)品設計的性能參數(shù)一致性。但由于組合式空調(diào)結構和功能段有著千變?nèi)f化的搭配種類，無法針對每一個組合和每一個工況進行測試以確認其整機性能，所以AHRI采用獨立標準分別評價的方法進行測試和認證。

1）標準AHRI 410—2001《強制通風空氣冷熱盤管》[14]：該標準用于評價供冷和供熱盤管的換熱性能，空氣側壓降和水側壓降。采用選型軟件，任意盤管組合，任意工況選型（風量，空氣側干濕球溫度，進出水溫度），然后通過測試驗證全工況選型的符合性。如果測試滿足要求，那么在組合式空調(diào)結構形式確認后，其配置的盤管任意工況選型的結果都會被確認符合要求。

2）標準AHRI 430—2014《組合式空調(diào)風機性能》[15]：該標準用于評價安裝在實際的組合式空調(diào)中風機的性能。以任意組合選型的方式進行，在任意給定靜壓和風量下，測試風機的轉速和軸功率。新的改版標準將會增加輸入功率和送風量的測試部分，該標準已在2020年中期發(fā)布。

3）標準AHRI 1350—2014《組合式空調(diào)箱體性能》[16]：該標準用于評價組合式空調(diào)箱體性能。對箱體的傳熱系數(shù)、熱橋系數(shù)、空氣泄漏率和箱體變形量進行測試。標準要求在箱體機械性能測試時選擇實際樣品（箱體、盤管和風機等組件），盡量通過合理的測試方法獲得接近于實際應用的性能。

現(xiàn)行的AHRI 1350發(fā)布于2014年，并在2015年9月進行了首次增補。標準對產(chǎn)品分類等級進行了劃分，設計人員可通過箱體的等級直接識別機組特性。本文將對該標準中的關鍵技術問題進行分析，以幫助讀者理解標準，掌握AHRI測試的關鍵。

2 AHRI 1350箱體性能標準關鍵點

2.1 箱體模型的選擇

AHRI 1350標準規(guī)定空調(diào)箱體的測試需要基于實際樣品進行，包括箱體、盤管和風機等部件（如圖1所示），以滿足多個功能段的實現(xiàn)[17]。相比較歐標EN 1886—2007《建筑通風-組合式空調(diào)機械性能》[18]中使用的模型箱體，包括門體和箱體（如圖2所示），主要基于如下兩點考慮：

圖1 實際樣品

圖2 模型箱體

1）箱體變形的薄弱點位置選擇。模型箱體內(nèi)部沒有任何支撐，其薄弱點通常在沒有支撐的大面面板，所以模型箱體的評價只能描述面板等相關結構的承壓性，其評價結果與設備的實際應用會產(chǎn)生一定的偏移。因為實際樣品包含盤管和風機，所以薄弱點會發(fā)生偏移。即使是大面板，因為有盤管段的支撐，或者是風機段的支撐，所以薄弱點會轉移到遠端如出無支撐的風口處。

2）漏風率和漏熱系數(shù)的評判。箱體的漏風取決于產(chǎn)品的結構形式，正壓和負壓的產(chǎn)品又影響門的設計。由于模型箱體不涉及到實際樣品相似的結構形式，因此保證好的漏風率相對實現(xiàn)容易。但實際樣品包括盤管段外接連接和風機段支撐段的設計，不可避免會帶來漏風量的增加，實際評價的漏風等級也相對較低。同樣，漏風率影響漏熱量，漏風率越高，漏熱越明顯。

2.2 箱體變形測試

箱體變形測試設置負壓式組合式空調(diào)、正壓式組合式空調(diào)和帶正壓室和負壓室組合式空調(diào)，如圖3所示?？紤]到組合式空調(diào)除了應用在機場和商場等公共場所，還應用在制藥、醫(yī)院和電子工廠等潔凈要求比較高的場合，尤其是藥品冷庫對溫濕度的要求更為嚴苛[19-20]。傳統(tǒng)的-400 Pa和+700 Pa壓力設計已經(jīng)不能滿足電子工廠和藥廠等的需求，因為承壓越高，箱體變形量增加，同時變形點發(fā)生偏移，從而導致選型的產(chǎn)品與最終使用的效果差異比較大。所以標準在機組承壓和漏風測量部分提供了多個靜壓的選項，測試箱體變形的測試壓力分為±1,000 Pa、±1,500 Pa、±2,000 Pa和±2,500 Pa。

圖3 組合式空調(diào)變形測試設置

此外，AHRI 1350設計時還考慮到一類介于風機盤管和組合式空調(diào)之間的高靜壓機組，其功能偏重于組合式空調(diào)，有過濾段等基本功能，但又沒有組合式空調(diào)的其他特殊的設計功能，所以這類產(chǎn)品的測試壓力為250 Pa。

2.3 箱體漏熱和熱橋因子測試

2.3.1 箱體漏熱和熱橋因子的溫度布點

箱體熱性能和熱橋因子測試需要滿足如下工況要求，并按照圖4進行內(nèi)部溫度布點。圖5所示為額外溫度布點。如果溫度點之間大于1.2 m，設置額外增加點。溫度區(qū)間1為進風口后，區(qū)間2為盤管前，區(qū)間3為盤管后，區(qū)間4位出風口前。箱體周圍溫度為16～32 ℃；箱體內(nèi)部和外部溫差：17～22 ℃；箱體周圍風速小于0.5 m/s（距離箱體30 cm）；箱體內(nèi)部循環(huán)風速區(qū)間為(1.8±0.25) m/s。

圖4 箱體內(nèi)部截面溫度布點

圖5 箱體額外溫度布點

2.3.2 箱體漏熱和熱橋因子的測試要點

漏熱測試需要在箱體內(nèi)部增加額外的循環(huán)風機，在模擬機組的實際運行狀態(tài)下進行漏熱測試。迎面風速設置為1.8 m/s，輔助風機風量的設計根據(jù)迎風面積進行計算。增加內(nèi)循環(huán)風量設計的測試會增加漏熱量，如果機組的結構設計導致漏風增強，或者機組的箱體絕熱性能不強，那么在內(nèi)循環(huán)風機的運行下，機組的漏熱和熱橋因子等級都發(fā)生改變。

在測試時需要注意溫度場的均勻性，使箱體各面的漏熱均勻分布，以確保漏熱性能評估的準確性，通過熱橋因子的測量可以發(fā)現(xiàn)箱體設計最薄弱的部分。AHRI 1350漏熱測試需要保證箱體內(nèi)部布置的所有溫度點滿足如下要求：1）箱體內(nèi)部和外部的溫差不得低于17 ℃，但內(nèi)部不得高于50 ℃；2）箱體內(nèi)部和外部的每個單點溫度和平均溫度的偏差不得超過1.7 ℃；

單純的基于溫差和換熱面積來進行評估的，忽略溫差建立時其箱體內(nèi)部場均勻性會導致傳熱系數(shù)偏離。根據(jù)理論模型分析結果，如圖6所示，箱體頂板的溫差最大，而底部的溫差較小，傳熱不均。

圖6 溫度場模型

3 AHRI箱體等級

3.1 箱體變形等級

標準對箱體的變形、漏風、漏熱及熱橋因子的等級重新進行了定義。

通過箱體的承壓能力規(guī)定對應的箱體等級，如CD4的承壓是1,000 Pa，而CD1的承壓為2,500 Pa。為了避免不同厚度及不同結構的產(chǎn)品，用同一等級的描述測試，便于設計人員的選型。箱體變形等級如表1所示。

表1 箱體變形等級

3.2 箱體的漏風等級

箱體漏風等級的測試需要在制造商規(guī)定的箱體承壓下進行（正壓和負壓），如制造商樣本中描述的承壓是2,500 Pa，那么漏風測試施加的壓力即為2,500 Pa，避免用同一靜壓進行測試而造成無法識別不同箱體的設計和等級，箱體漏風等級如表2所示，以10 m2為參考值的等級。

表2 箱體漏風等級

箱體的漏風等級計算見式(1)[1]，通過實際測試壓力，將實際漏風率轉換成箱體的漏風率，參照表2最大漏風率進行評級。漏風等級趨勢如圖7所示。

圖7 漏風等級趨勢

式中，CL為箱體漏風率，L/s；CLm為實際漏風率，L/s；pm為測試壓力，Pa；pr為參考壓力，取值100,250 Pa。

3.3 箱體漏熱等級

在箱體漏熱等級計算中引入了不帶漏風傳熱系數(shù)U的計算。實際漏熱測試是在實際樣品和可能的漏風狀態(tài)下進行的，根據(jù)此測試結果，并結合箱體的漏風數(shù)值進行推算不帶漏風的傳熱系數(shù)U，箱體漏熱將對漏風和不漏風這兩種情況下分別評級，等級如表3所示。

表3 箱體漏熱等級

3.4 箱體熱橋因子等級

若宣稱熱橋因子等級為CB0，那么包括螺釘（含墊圈）和緊固件等關鍵位置都要進行測量。對于等級CB1至CB5的產(chǎn)品，若螺釘（含墊圈）和緊固件的總的表面積小于組合式空調(diào)表面積的1%，那么這些測點排除在外，但是，任何一個表面積超過1.6 cm2厘米的螺釘（含墊圈）和緊固件都必須參與測點位置選擇。箱體熱橋因子等級見表4，計算公式為：

表4 箱體熱橋因子等級

式中，Tai為箱體內(nèi)部平均溫度，℃；Tae為箱體外部平均溫度，℃；Tso為箱體外部熱橋因子溫度，℃。

4 結論

本文通過對AHRI 1350—2014《組合式空調(diào)箱體性能》標準的解讀，得到如下結論：

1）對箱體的等級進行劃分包括箱體變形等級CDx、箱體漏風等級CLx、熱橋因子CBx和箱體漏熱等級CTx，相關設計人員可直觀從機組的等級上識別機組信息；

2）模型箱體無內(nèi)部支撐，會造成變形薄弱點偏移，影響漏風率測試結果；采用實際樣品，增加實驗的操作性難度，但更好貼近實際應用；

3）測量箱體漏熱和熱橋因子時，增加循環(huán)風量，以保證溫度場所的均勻性；漏風和變形測量宜根據(jù)設計運用場合采用特定靜壓值（±1,000 Pa、±1,500 Pa、±2,000 Pa和±2,500 Pa）選項進行測試。