淺析《空調(diào)器空氣焓值法能效測(cè)量裝置校準(zhǔn)規(guī)范》

曹瑞林 李偉 吳嘉寶 李強(qiáng)

（中國(guó)家用電器研究院，北京 100053）

中國(guó)是全球最大的空調(diào)器生產(chǎn)、消費(fèi)和出口國(guó)，產(chǎn)量全球占比超過(guò)80%[1]?？照{(diào)器已經(jīng)成為滿足人民日常生活需要和健康節(jié)能的重要家電產(chǎn)品，能源消耗高、增長(zhǎng)速度快、節(jié)能減排潛力巨大。我國(guó)空調(diào)器用電量占全社會(huì)用電量15%以上，年均增長(zhǎng)近20%，大中城市空調(diào)器用電負(fù)荷約占夏季高峰負(fù)荷的60%，空調(diào)器節(jié)能空間達(dá)30%至50%[1]。為促進(jìn)國(guó)家綠色發(fā)展和節(jié)能減排政策有效落實(shí)，2019 年國(guó)家發(fā)展改革委等七部委聯(lián)合印發(fā)的《綠色高效制冷行動(dòng)方案》[2]明確提出，大幅度提高制冷產(chǎn)品能效標(biāo)準(zhǔn)水平。對(duì)于空調(diào)器而言，到2022 年家用空調(diào)能效準(zhǔn)入水平提升30%、多聯(lián)式空調(diào)提升40%?？照{(diào)器能效新國(guó)標(biāo)被稱為最嚴(yán)苛的空調(diào)器能效標(biāo)準(zhǔn)，新標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的“1級(jí)能效”已達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平，高于日本的“領(lǐng)跑者”能效指標(biāo)，超越美國(guó)的“能源之星”能效指標(biāo)，節(jié)能環(huán)保效果更為顯著。與舊版標(biāo)準(zhǔn)相比，新國(guó)標(biāo)將定頻和變頻空調(diào)能效等級(jí)合并，按照季節(jié)能效等級(jí)定級(jí)，能效指標(biāo)得到大幅提升。

然而，空調(diào)器能源效率檢測(cè)準(zhǔn)確性和一致性不但困擾著相關(guān)監(jiān)督檢查工作，而且也是空調(diào)器行業(yè)面臨的重要技術(shù)問(wèn)題。為了解決這個(gè)問(wèn)題，結(jié)合我國(guó)空調(diào)器行業(yè)的實(shí)際情況，制冷量能源效率的量值溯源體系中的技術(shù)規(guī)范需要進(jìn)一步完善。

本文通過(guò)對(duì)空調(diào)器空氣焓值法能效試驗(yàn)裝置校準(zhǔn)規(guī)范的研究和分析，可以幫助計(jì)量檢測(cè)人員更加準(zhǔn)確高效的完成試驗(yàn)裝置的現(xiàn)場(chǎng)計(jì)量工作，有助于規(guī)范和完善空調(diào)器能源效率溯源體系，助力國(guó)家節(jié)能減排政策有效實(shí)施。

1 空調(diào)器空氣焓值法能效測(cè)量裝置

空調(diào)器空氣焓值法能效測(cè)量裝置[3]（以下簡(jiǎn)稱“能效測(cè)量裝置”）是一種測(cè)量空調(diào)器制冷、制熱能力及能效的試驗(yàn)裝置，包含室內(nèi)側(cè)和室外側(cè)兩個(gè)密閉隔熱空間、環(huán)境溫濕度調(diào)節(jié)機(jī)組、進(jìn)出風(fēng)取樣裝置、風(fēng)量測(cè)試裝置等。它通過(guò)空氣處理機(jī)組控制被測(cè)空調(diào)器的運(yùn)行工況，待工況穩(wěn)定后，測(cè)量干球溫度、濕球溫度、大氣壓力、噴嘴前后壓差等主要參數(shù)，計(jì)算得到被測(cè)空調(diào)器的制冷（熱）量。這種方法測(cè)試效率高、工況溫度范圍寬、測(cè)試時(shí)間短，因此在空調(diào)行業(yè)中廣泛使用。但是其設(shè)備龐大、儀器繁多、計(jì)算復(fù)雜，微小的偏差也會(huì)對(duì)測(cè)量結(jié)果產(chǎn)生巨大的影響。此外，空調(diào)器生產(chǎn)企業(yè)對(duì)能效測(cè)量裝置頻繁使用，造成傳感器老化、損壞，產(chǎn)生測(cè)量偏差，所以需要針對(duì)能效測(cè)量裝置進(jìn)行周期性校準(zhǔn)。

2 范圍和計(jì)量特性

2.1 適用范圍

JJF 1858-2020《空調(diào)器空氣焓值法能效測(cè)量裝置校準(zhǔn)規(guī)范》適用于空調(diào)器風(fēng)洞式能效測(cè)量裝置、多拖多形式的能效測(cè)量裝置、具有防爆功能的能效測(cè)量裝置的校準(zhǔn)。適用范圍包括制冷空調(diào)行業(yè)空調(diào)器焓差試驗(yàn)室、空調(diào)器環(huán)境試驗(yàn)室，空調(diào)器熱平衡試驗(yàn)室的校準(zhǔn)不適用于本規(guī)范。

2.2 計(jì)量特性

由于能效測(cè)量裝置屬于非標(biāo)定制檢測(cè)設(shè)備，不同設(shè)計(jì)方案、不同測(cè)試需求、不同制造單位等因數(shù)導(dǎo)致能效測(cè)量裝置中各測(cè)量系統(tǒng)的范圍存在較大差異，規(guī)范列出了裝置的典型測(cè)量范圍。能效測(cè)量裝置是集成了多種物理參數(shù)的測(cè)試系統(tǒng)，通常包括溫濕度測(cè)量系統(tǒng)（進(jìn)出風(fēng)干球溫度、濕球溫度）、壓力測(cè)量系統(tǒng)（冷媒壓力、微差壓、大氣壓力）、電參數(shù)測(cè)量系統(tǒng)（電壓、電流、功率、頻率、電能）、熱電偶測(cè)量系統(tǒng)、流量測(cè)量系統(tǒng)（水流量）、制冷/熱量等，主要測(cè)量設(shè)備包括鉑熱電阻、濕度變送器、壓力變送器、數(shù)字功率計(jì)和電流互感器、溫度采集器和熱電偶、流量計(jì)等。裝置運(yùn)行時(shí)，所有參量測(cè)量結(jié)果均可顯示于控制計(jì)算機(jī)，并均可進(jìn)行擬合修正。測(cè)量系統(tǒng)典型測(cè)量范圍和最大允許誤差如表1 所示。

表1 典型測(cè)量范圍和最大允許誤差

3 校準(zhǔn)方法

3.1 校準(zhǔn)項(xiàng)目

能效測(cè)量裝置的校準(zhǔn)項(xiàng)目包括溫度、濕度、壓力、電參數(shù)、熱電偶、水流量、制冷/熱量、空氣噴嘴尺寸、電流互感器。首次使用前，空氣噴嘴尺寸和電流互感器可分別參照GB/T 1236-2017《工業(yè)通風(fēng)機(jī)用標(biāo)準(zhǔn)化風(fēng)道性能試驗(yàn)》[4]和JJG 313-2010《測(cè)量用電流互感器》[5]的技術(shù)要求進(jìn)行校準(zhǔn)，正常使用中且未發(fā)生故障或損壞，一般不再對(duì)在用的空氣噴嘴和電流互感器進(jìn)行校準(zhǔn)，其他測(cè)量系統(tǒng)應(yīng)參照本規(guī)范的技術(shù)要求進(jìn)行校準(zhǔn)，校準(zhǔn)周期可根據(jù)設(shè)備的實(shí)際使用情況自行確定，一般建議復(fù)校時(shí)間間隔為12 個(gè)月。

3.2 校準(zhǔn)方法

3.2.1 校準(zhǔn)點(diǎn)的選擇

校準(zhǔn)點(diǎn)應(yīng)根據(jù)實(shí)際測(cè)量范圍和常用測(cè)試點(diǎn)合理選擇，原則上應(yīng)覆蓋測(cè)量范圍且不少于5 個(gè)點(diǎn)（頻率除外），也可根據(jù)實(shí)際使用需求選擇校準(zhǔn)點(diǎn)，如表2 所示。

表2 常用校準(zhǔn)點(diǎn)

3.2.2 校準(zhǔn)方法

（1）溫度測(cè)量系統(tǒng)

將標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻與被測(cè)鉑電阻同時(shí)插入恒溫槽內(nèi)，插入深度不小于100 mm，并處于相同溫度區(qū)域內(nèi)。將恒溫槽調(diào)節(jié)至校準(zhǔn)點(diǎn)，待其讀數(shù)穩(wěn)定且標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻與校準(zhǔn)點(diǎn)偏差小于±0.1℃時(shí)開(kāi)始讀數(shù)，讀數(shù)過(guò)程中標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻讀數(shù)保留三位小數(shù)，被測(cè)鉑電阻讀數(shù)保留兩位小數(shù)。依次調(diào)節(jié)校準(zhǔn)點(diǎn)溫度，待所有校準(zhǔn)點(diǎn)測(cè)試完成后，對(duì)溫度誤差超過(guò)±0.1℃的被測(cè)鉑電阻進(jìn)行修正，將對(duì)應(yīng)的修正值寫入溫度指示控制儀和計(jì)算機(jī)，并至少選取2～3 個(gè)常用校準(zhǔn)點(diǎn)進(jìn)行驗(yàn)證。

（2）濕度測(cè)量系統(tǒng)

將被測(cè)濕度傳感器放入濕度發(fā)生器的測(cè)試腔，且同時(shí)放入露點(diǎn)儀的露點(diǎn)傳感器和溫度傳感器。校準(zhǔn)時(shí)，先設(shè)定濕度發(fā)生器的工作溫度，待溫度穩(wěn)定后，再設(shè)定濕度發(fā)生器的濕度校準(zhǔn)點(diǎn)，一般按照從低濕到高濕的順序進(jìn)行校準(zhǔn)。溫濕度穩(wěn)定后，讀取露點(diǎn)儀示值及被測(cè)濕度測(cè)量系統(tǒng)的示值。

（3）壓力測(cè)量系統(tǒng)

校準(zhǔn)所使用的工作介質(zhì)應(yīng)為潔凈、無(wú)腐蝕性的氣體。將標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字壓力表與被測(cè)壓力傳感器同時(shí)連接到壓力發(fā)生器上，并盡量放置于相同的高度。通常按照從低壓到高壓的順序校準(zhǔn)，將壓力發(fā)生器依次調(diào)整至校準(zhǔn)點(diǎn)，待標(biāo)準(zhǔn)壓力表讀數(shù)穩(wěn)定后，讀取標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字壓力表和被測(cè)壓力傳感器示值。待所有校準(zhǔn)點(diǎn)測(cè)試完成后，對(duì)壓力誤差較大的被測(cè)壓力傳感器進(jìn)行修正，將對(duì)應(yīng)的修正值寫入壓力指示控制儀和計(jì)算機(jī)，并至少選取2～3個(gè)常用校準(zhǔn)點(diǎn)進(jìn)行驗(yàn)證。

（4）電參數(shù)測(cè)量系統(tǒng)

當(dāng)用標(biāo)準(zhǔn)功率源法校準(zhǔn)時(shí)，先將被測(cè)電參數(shù)測(cè)量?jī)x的電壓和電流測(cè)量端與能效測(cè)量裝置斷開(kāi)，然后分別與功率源的電壓和電流輸出端連接，并開(kāi)啟被測(cè)電參數(shù)測(cè)量?jī)x的自動(dòng)量程功能。通常按照從低功率到高功率的順序校準(zhǔn)，依次將功率源調(diào)整至校準(zhǔn)點(diǎn)并待其讀數(shù)穩(wěn)定后，分別讀取功率源和被測(cè)電參數(shù)測(cè)量?jī)x的電壓、電流、功率和頻率示值。

當(dāng)用標(biāo)準(zhǔn)功率表法校準(zhǔn)時(shí)，將標(biāo)準(zhǔn)功率表、被測(cè)功率計(jì)、測(cè)試負(fù)載連接至試驗(yàn)室變頻穩(wěn)壓電源輸出端，開(kāi)啟被測(cè)數(shù)字功率計(jì)的電壓和電流自動(dòng)量程功能。按照功率漸升順序，依次平穩(wěn)地將測(cè)試負(fù)載調(diào)整至校準(zhǔn)點(diǎn)并待其足夠穩(wěn)定后，同時(shí)讀取標(biāo)準(zhǔn)功率表和被測(cè)數(shù)字功率計(jì)的電壓、電流、功率和頻率示值。

（5）熱電偶信號(hào)測(cè)量系統(tǒng)

用銅導(dǎo)線將溫度校驗(yàn)儀輸出端與熱電偶接線端子連接，關(guān)閉溫度校驗(yàn)儀的參考端溫度自動(dòng)補(bǔ)償功能，并設(shè)置為熱電偶信號(hào)輸出模式。將溫度校驗(yàn)儀調(diào)節(jié)為實(shí)際測(cè)試中的熱電偶信號(hào)類型，并依次輸出校準(zhǔn)點(diǎn)，待熱電偶信號(hào)測(cè)量系統(tǒng)讀數(shù)穩(wěn)定后，讀取溫度校驗(yàn)儀輸出值和熱電偶示值。

（6）流量測(cè)量系統(tǒng)

現(xiàn)場(chǎng)校準(zhǔn)時(shí)，將標(biāo)準(zhǔn)流量計(jì)與被測(cè)流量計(jì)串聯(lián)接入到工作回路中，并充分排空管路中的空氣。依次調(diào)節(jié)工作回路中介質(zhì)流量至校準(zhǔn)點(diǎn)，待流量穩(wěn)定后同時(shí)讀取標(biāo)準(zhǔn)流量計(jì)和被測(cè)流量計(jì)示值（10 min 累積值）。

（7）制冷（熱）量

現(xiàn)場(chǎng)校準(zhǔn)時(shí)優(yōu)先選用標(biāo)準(zhǔn)窗式空調(diào)一體機(jī)，將標(biāo)準(zhǔn)窗式空調(diào)一體機(jī)安裝在能效測(cè)量裝置內(nèi)，用保溫隔熱板將室內(nèi)側(cè)和室外側(cè)安裝窗口密封，同時(shí)用保溫隔熱板將空調(diào)機(jī)出風(fēng)引入室內(nèi)側(cè)受風(fēng)室。測(cè)量開(kāi)始前，將標(biāo)準(zhǔn)空調(diào)機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)調(diào)整至賦值時(shí)使用狀態(tài)，包括制冷（熱）強(qiáng)度、風(fēng)量大小和導(dǎo)風(fēng)板位置等。將空氣取樣風(fēng)耙水平布置于標(biāo)準(zhǔn)空調(diào)機(jī)室內(nèi)側(cè)和室外側(cè)進(jìn)風(fēng)口附近，取樣風(fēng)耙距離出風(fēng)口約10 cm～15 cm，且室外側(cè)取樣風(fēng)耙布放位置不得受到標(biāo)準(zhǔn)空調(diào)機(jī)出風(fēng)的影響。

啟動(dòng)能效測(cè)量裝置，并將運(yùn)行工況設(shè)置為標(biāo)準(zhǔn)空調(diào)機(jī)校準(zhǔn)賦值時(shí)所使用狀態(tài)，一般制冷量比對(duì)采用GB/T 7725-2004《房間空氣調(diào)節(jié)器》[6]中規(guī)定的額定制冷T1 工況，制熱量比對(duì)采用GB/T 7725 中規(guī)定的額定制熱高溫工況。待測(cè)試工況和標(biāo)準(zhǔn)空調(diào)機(jī)運(yùn)行穩(wěn)定后，連續(xù)記錄35 分鐘制冷（熱）量測(cè)量數(shù)據(jù)，取其平均值作為制冷量測(cè)量結(jié)果。測(cè)量過(guò)程中，應(yīng)同步記錄制冷（熱）消耗功率，與制冷（熱）量測(cè)量結(jié)果參照使用。重復(fù)以上步驟，完成所有標(biāo)準(zhǔn)空調(diào)機(jī)制冷（熱）量測(cè)量，并計(jì)算與標(biāo)準(zhǔn)空調(diào)機(jī)參考值的示值誤差。

4 結(jié)束語(yǔ)

此次規(guī)范的制定，提出了溫度、濕度、壓力、電參數(shù)、流量測(cè)量系統(tǒng)以及裝置制冷（熱）量的整體計(jì)量，可以完善能效測(cè)量裝置量值溯源體系，保證空調(diào)器能效測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性和一致性，有助于提高空調(diào)器生產(chǎn)企業(yè)的測(cè)試能力和產(chǎn)品質(zhì)量水平，促進(jìn)國(guó)家節(jié)能減排政策的有效實(shí)施，對(duì)保護(hù)消費(fèi)者合法權(quán)益、規(guī)范市場(chǎng)公平競(jìng)爭(zhēng)起到引領(lǐng)和支撐作用。