风机盘管性能测试系统设计及影响因素分析

夏玲，钱雪峰，岳海兵，张泽国

（合肥通用机械研究院，合肥 230088）

0 引言

根据调查，建筑总面积不足我国城镇民用建筑面积5%的大型公共建筑，其用电量约占我国建筑用电量的25%[1]。其中一半以上电耗用于中央空调，因此研究降低大型公共建筑空调系统能耗非常重要，作为建筑空调系统重要的组成部件的风机盘管，由于产能的扩大和市场的竞争，生产厂家对于其性能的研究和部分新技术如干式风机盘管的研究逐渐重视起来，市场上却没有较好的测试设备，本文论及的全工况性能测试系统，完全可以满足性能评价和新技术研究的要求。

1 风机盘管机组全工况性能测试系统组成及调节原理

1.1 风机盘管机组全工况性能测试系统组成

由GB/T 19232-2003《风机盘管机组》要求的测试项目[2]，参考国家标准GB/T 10870-2001 《容积式和离心式冷水（热泵）机组性能试验方法》[3]和GB/T 7725-2004《房间空气调节器》[4]，可以知道：风机盘管的风侧供冷量，通过测定被测空调机进、出口空气的干、湿球温度和空气的流量等参数来确定；风机盘管的水侧供冷（热）量通过测定风机盘管进、出口水的温差和水的流量等参数来确定，由此可以得出测试系统的原理如图1所示。

由图1可见，测试系统主要由：测试间围护系统、空气处理系统、空气取样测量系统、水系统和电气控制系统五个系统部分组成。

1)测试间围护系统：主要指用75 mm双面彩钢聚胺脂库板拼装而成的测试间，顶部有穿孔板，测试间内的气流组织采用上送风、下回风的方式。

2)空气处理系统：测试间空气处理系统包含有制冷（除湿）系统、电加热盘管及蒸汽加湿系统、送风机。空气经过处理后通过测试间上方穿孔板均匀的送至测试环境间内。

3)空气取样测量系统：包含空气取样装置和风量测量装置。空气取样装置的功能为均匀采集被测机器进、出口空气状态。风量测量装置为分体式，内部有2个直径为70 mm喷嘴和2个直径为100 mm喷嘴，风量测量范围：(300～2380)m3/h[5]。

4)水系统：该水循环系统中包含了恒温水箱、水泵、电磁流量计、温度压力取样段、被测机器以及相关阀件组成的测量回路。

5)电气控制系统：该测试装置的电气控制系统主要包含控制柜、设备动力供电系统和被试机供电系统三部分组成。设备动力供电系统由配电柜、动力柜组成。该测试装置的控制、测量系统由现场的测量仪表和控制柜完成。电气控制系统是整个试验装置的大脑，控制整套系统运转。电气设备的控制回路具有连锁保护功能，并设有故障报警指示功能。

图1 风机盘管机组全工况性能测试系统原理图

1.2 风机盘管机组全工况性能测试系统调节原理

1)进口干球温度：调节对象为风机盘管的进风处的干球温度，主要是通过调节可调电加热的调功器的输出，来完成干球温度的调节。

2)进口湿球温度：调节对象为风机盘管的进风处的湿球温度，主要是通过调节加湿箱的可调电加热的调功器的输出，来完成湿球温度的调节。

3)恒温水箱温度：调节对象为风机盘管的进水温度，主要是通过调节水箱的可调电加热的调功器的输出，来完成恒温水箱温度的调节。

4)机外出风静压：调节对象为风机盘管的出风静压，主要是通过调节风洞引风机的变频器的输出，来完成风机盘管的出风静压的调节。

5)供水量：调节对象为风机盘管的水流量，主要是通过调节水泵的变频器的输出，来完成风机盘管的水流量的调节。

6)功率计：用来测量被试机运行时的电量参数，包括：电压、电流、功率、频率、功率因素等。

2 风机盘管机组性能测量时影响因素的分析

2.1 风机盘管机组性能测量时风侧影响因素的分析

由GB/T 7725-2004《房间空气调节器》[4]可以查得风机盘管的风侧供冷量通过式(1)计算。

式中：

qtci——风机盘管的制冷量，W；

qmi——风机盘管的空气流量，m3/h；

ha1——风机盘管进口空气的焓，J/(kg 干空气)；

ha2——风机盘管出口空气的焓，J/(kg 干空气)；

V’n——喷嘴处空气的比容，m3/kg；

Wn——喷嘴处空气的含湿量，kg/(kg 干空气)。

从(1)式中可以看出，风机盘管机组制冷量测试的影响因素有：进口干、湿球温度，通过进口空气取样器测量；出口干、湿球温度，通过出口空气取样器测量；空气流量，空气流经空气流量测量装置喷嘴时，产生较大的前后压差，再由压差变送器测量此压差即可计算出空气流量。

空气流量可用式(2)计算。

式中：

qmi——空气流量，m3/h；

C——流量系数；

Aa——喷嘴面积，m2；

Pv——喷嘴前后的静压差，Pa；

V’n——喷嘴处空气的比容，m3/kg。

从式(2)中可以看出空气流量是喷嘴喉部直径、喷嘴前静压、喷嘴前后压差以及喷嘴前干球温度的函数。从式(1)、式(2)可以知道影响风侧制冷量的各因素，由此可按表1解决风侧测量不准的常见问题。

表1 风侧测量不准时常见检查内容及处理措施

2.2 风机盘管机组性能测量时水侧影响因素的分析

由GB/T 10870-2001 《容积式和离心式冷水（热泵）机组性能试验方法》可以查得风机盘管的水侧供冷（热）量通过式(3)、式(4)计算。

式中：

qtco——风机盘管的制冷量，W；

qtho——风机盘管的制热量，W；

Ww——风机盘管的水流量，kg/s；

Cpw——水的比热，J/kg℃；

tw2——风机盘管出口的水温，℃；

tw1——风机盘管进口的水温，℃；

Et——输入空调机的总功率，W。

从式(3)、式(4)可以知道水侧制冷量测试的影响因素有：进口水温度，由进口温度、压力取样段测量；出口水温度，由出口温度、压力取样段测量；水流量，由流量计测量。由此可按表2解决水侧测量不准的常见问题。

表2 水侧测量不准时常见检查内容及处理措施

3 风机盘管机组性能测量不确定度

在测试系统使用过程中，通过专业的计算软件采集数据进行计算，得到符合GB/T 19232-2003《风机盘管机组》[2]要求的测试报告。测量不确定度是对测量结果质量的定量表征，测量结果的可用性很大程度上取决于其不确定度的大小。所以，测量结果必须同时包含赋予被测量的值及与该值相关的测量不确定度，才是完整并有意义的[6]。

若是对于同一台机组进行多次测量，对测量不确定度进行A类评定。若测试时工况稳定，由于重复性造成的A类不确定度相对B类不确定度是可以忽略不计的。空气流量的B类不确定度是由出口处干、湿球温度、喷嘴前静压、喷嘴前后压差、喷嘴直径和流量系数的标准不确定度造成的，其中起主要作用的是喷嘴前后压差和喷嘴直径的标准不确定度[7]。因此，除喷嘴要采用抗腐蚀性材料高精度制作外，所有的测试仪表也要选择高精度仪表并进行标定。该装置中用到的仪表主要是铂电阻和压差变送器，将铂电阻放置于恒温槽中，和高精度铂电阻采集的温度进行比较，恒温槽能提供不同的温度，记录下不同温度点时，两种铂电阻的显示值，然后整理数据，将数据拟合成曲线，经过这种标定方法，温度采集系统的误差能控制在0.05℃[8]。压差的标定也类似于温度的标定,同样也是采用和高精度压力发生器在不同压力下分别进行比对，这样可以显著降低测量不确定度的量值，增加测量结果的可信度。

4 结论

本文介绍的风机盘管机组全工况性能测试系统设计、制造均符合国内相关标准的要求，方案先进，结构合理。本测试系统具有很高的自动化程度，能实现自动控制和调节、过程监控、数据采集和软件传输，整个测试系统在试验设备稳定可靠运行的基础上保证了测试的精度和准确性。

本测试系统的建立，大大提高了我国制冷空调行业的测试水平，为风机盘管机组的研究开发提供了一个设计合理、测试准确、稳定、可靠的测试平台。

[1]张秀平,潘云钢,田旭东,等.标准风机盘管用于温湿度独立控制系统的适应性研究[J].流体机械,2009,37(1):72-76,49.

[2]中华人民共和国国家标准GB/T 19232-2003,风机盘管机组[S].

[3]中华人民共和国国家标准GB/T 10870-2001,容积式和离心式冷水（热泵）机组性能试验方法[S].

[4]中华人民共和国国家标准GB/T 7725-2004,房间空气调节器[S].

[5]钱雪峰,樊海彬,张绍华,等.风机盘管机组测试用风量测量装置的设计[J].制冷空调与电力机械,2011,32(5):26-29.

[6]贾磊,钱雪峰,王溢芳,等.空气焓值法测量空调制冷量的不确定度评定[J].制冷与空调,2007,7(6):80-82,65.

[7]贾磊,岳海兵,程立权,等.水源热泵机组制冷量测量不确定度评定[J].流体机械,2008,36(9):56-58,41.

[8]郑传经,郑庆伟,黄承宏,等.制冷空调试验装置中传感器的标定[J].流体机械,2006,34(1):77-79.