林 瑋 章偉富 倪紅華 許亞?wèn)| 金升潮 章譽(yù)騫

（浙江方圓檢測(cè)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(shí)驗(yàn)室特定工況下的運(yùn)行性能，而由于建筑類(lèi)型、氣象環(huán)境、內(nèi)/外機(jī)安裝位置、人員操控等諸多可變參數(shù)與實(shí)驗(yàn)室不同，家用空調(diào)產(chǎn)品在用戶現(xiàn)場(chǎng)的制冷、制熱性能與試驗(yàn)室檢測(cè)結(jié)果存在一定差異，無(wú)法真實(shí)反映產(chǎn)品在用戶使用環(huán)境下的實(shí)際運(yùn)行效果，部分現(xiàn)場(chǎng)安裝的空調(diào)類(lèi)產(chǎn)品甚至無(wú)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(chǎng)的家用空調(diào)產(chǎn)品現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行能力的鑒定及驗(yàn)收需求日益增加。

目前國(guó)際通用的空調(diào)性能測(cè)量方法有壓縮機(jī)性能曲線-容積效率法、質(zhì)量流量計(jì)法、空氣焓差法[1]。壓縮機(jī)性能曲線-容積效率法依賴(lài)壓縮機(jī)廠家提供壓縮機(jī)性能參數(shù)，難以實(shí)現(xiàn)第三方測(cè)量。質(zhì)量流量計(jì)法需安裝儀表測(cè)試?yán)涿劫|(zhì)量流量，破壞了原有制冷劑管道，且測(cè)量成本較高?？諝忪什罘ㄒ蚰茌^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(cè)機(jī)構(gòu)和企業(yè)實(shí)驗(yàn)室多采用空氣焓差法測(cè)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(yùn)用于用戶現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量時(shí)容易碰到諸多問(wèn)題，例如試驗(yàn)裝置過(guò)大不便攜帶和現(xiàn)場(chǎng)安裝，現(xiàn)場(chǎng)室內(nèi)/外間的多組傳感器線纜布置將影響房間漏熱。

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

1 測(cè)試系統(tǒng)

測(cè)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(cè)試段管道（含壓差計(jì)、引風(fēng)機(jī)）、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(kāi)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(jī)上蓋0.15 m處或外機(jī)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(diǎn)。

圖1 測(cè)試系統(tǒng)示意圖

引風(fēng)機(jī)為可調(diào)速風(fēng)機(jī)，通過(guò)調(diào)節(jié)引風(fēng)機(jī)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(cè)點(diǎn)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(cè)試段管道中焊接有如圖3所示的均壓管（測(cè)壓十字架），均壓管上開(kāi)有若干檢測(cè)孔，兩架均壓管測(cè)點(diǎn)間裝有壓差傳感器，測(cè)量管內(nèi)氣體動(dòng)壓。

圖3 風(fēng)量測(cè)試段

圖4 采集參數(shù)傳輸過(guò)程

2 電控系統(tǒng)

鑒于用戶現(xiàn)場(chǎng)的供電電壓波動(dòng)較大，本裝置裝有調(diào)壓器，現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試前通過(guò)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(guò)功率參數(shù)儀采集家用空調(diào)的輸入電壓、電流、功率。實(shí)時(shí)采集的室外溫濕度數(shù)據(jù)通過(guò)雙頻無(wú)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(dòng)壓，通過(guò)交換機(jī)傳送數(shù)據(jù)到上位機(jī)，在上位機(jī)軟件完成空調(diào)性能計(jì)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(chǎng)測(cè)量的儀器設(shè)備選型和準(zhǔn)確度

現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量裝置的主要參數(shù)采集儀型號(hào)和設(shè)備準(zhǔn)確度見(jiàn)表1。

表1 現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量裝置設(shè)備選型和儀表準(zhǔn)確度

4 空調(diào)性能計(jì)算軟件編制

本文以冷量計(jì)算為例，制熱量計(jì)算可參照制冷量計(jì)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(cè)量的總制冷量；

q—空調(diào)器室內(nèi)測(cè)點(diǎn)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(cè)點(diǎn)處濕空氣比容；

Wn—測(cè)點(diǎn)處的空氣含濕量。

其中q室內(nèi)側(cè)點(diǎn)的風(fēng)量按式（2）計(jì)算。

式中：

ε—流量系數(shù)，通常取1；

A—室內(nèi)送風(fēng)管道測(cè)點(diǎn)處的截面積

ΔP—均壓管處測(cè)得的壓差。

其他符號(hào)定義見(jiàn)公式（1）。

由于現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)時(shí)送風(fēng)管道安裝的局限性，本文引入漏熱量對(duì)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(hào)定義見(jiàn)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(guò)GB/T 7725-2022附錄D.3.4的標(biāo)定試驗(yàn)確定具體數(shù)值，本文中k取2。ha1、ha2、、 Wn均可通過(guò)傳感器采集的參數(shù)計(jì)算得到，相關(guān)計(jì)算可參考GB/T 7725-2022的附錄A、附錄D，本文不做展開(kāi)敘述。

5 試驗(yàn)研究

選取一臺(tái)市場(chǎng)流通的轉(zhuǎn)速可控型家用房間空調(diào)器作比對(duì)樣機(jī)，其明示參數(shù)見(jiàn)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(chǎng)測(cè)試平臺(tái)和國(guó)家CNAS認(rèn)可實(shí)驗(yàn)室的焓差試驗(yàn)室對(duì)該空調(diào)進(jìn)行名義制冷量測(cè)試。名義制冷量測(cè)試時(shí)，按空調(diào)器制造商提供的名義制冷壓縮機(jī)運(yùn)行頻率及其設(shè)定方法，設(shè)定空調(diào)器運(yùn)行狀態(tài)，具體測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 空調(diào)制冷能力測(cè)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(guò)本文研制的空調(diào)性能現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量裝置測(cè)得的制冷量略大于比對(duì)實(shí)驗(yàn)室設(shè)備檢測(cè)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(guò)上述比對(duì)試驗(yàn)，空調(diào)性能現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量裝置有較好的測(cè)試準(zhǔn)確度。

6 用戶現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量時(shí)的注意事項(xiàng)

現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量區(qū)別于焓差試驗(yàn)室測(cè)量，容易受氣候、現(xiàn)場(chǎng)安裝等條件影響。采用本文研制的家用空調(diào)性能現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量裝置進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量時(shí)，應(yīng)盡量選擇無(wú)雨雪、無(wú)大風(fēng)的天氣，避免雨雪、大風(fēng)對(duì)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(shí)際空調(diào)內(nèi)機(jī)出風(fēng)口尺寸進(jìn)行裁制，風(fēng)道材料選擇類(lèi)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(dòng)，通過(guò)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(duì)當(dāng)前家用空調(diào)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量的難題，從焓差測(cè)試的基本原理著手，在保證測(cè)試精度的前提下著重設(shè)備輕便化，設(shè)計(jì)研發(fā)了一套適用于現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量的焓差測(cè)試裝置，并采用一臺(tái)家用空調(diào)作為被測(cè)樣機(jī)與對(duì)照實(shí)驗(yàn)室的焓差試驗(yàn)室進(jìn)行比對(duì)測(cè)試，制冷量偏差結(jié)果僅約1.1%，輸入功率幾乎沒(méi)有偏差，制冷性能系數(shù)偏差1.0%，完全滿足現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試要求。最后給出實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量時(shí)天氣選擇、測(cè)量設(shè)備安裝、供電電壓波動(dòng)等注意事項(xiàng)。該家用空調(diào)性能裝置的研發(fā)，有助于推動(dòng)家用空調(diào)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)業(yè)務(wù)，為后續(xù)第三方檢測(cè)機(jī)構(gòu)、生產(chǎn)企業(yè)、家庭用戶清晰了解現(xiàn)場(chǎng)空調(diào)的實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)提供了有利的數(shù)據(jù)支撐和評(píng)價(jià)依據(jù)。