基于AMCA標準的空氣側經濟器風閥密封性能認證測試

談玉龍，段平森

（特靈科技亞太工程技術中心，江蘇太倉215413）

0 引言

空氣側經濟器利用室外新風為建筑系統提供免費冷量和通風換氣，在美國暖通空調領域中應用廣泛。其通常安裝在空調系統的室內側，結構形式多樣，主要組件為新風風閥、回風風閥、風閥驅動裝置、自動控制模塊和過壓釋放裝置[1]，如圖1所示。

圖1 空氣側經濟器的結構示意圖

1 風閥密封要求

新風風閥和回風風閥的密封性能是空氣側經濟器的一項重要指標。根據風閥密封性能的不同，空氣側經濟器分為普通空氣側經濟器和低泄漏空氣側經濟器。標準ASHRAE 90.1、IECC及Title 24對其風閥的密封性能提出了具體要求：“對于普通空氣側經濟器，風閥在1 in.WC（249 Pa）壓差時最大漏風量不能超過10 CFM/FT2；對于低泄漏空氣側經濟器，最大漏風量不能超過4 CFM/FT2”[2-4]。

2 認證測試要求

按照上述3個標準的要求，風閥應當基于AMCA 511和AMCA 500D標準通過密封認證測試，否則在美國多數地區不允許銷售。進行密封性能認證前，通常先在公司內部按照認證測試規則進行測試驗證，降低認證失敗機率。本文以低泄漏空氣側經濟器為例，介紹風閥密封測試的相關內容。

2.1 測試樣品

由于空氣側經濟器的新風風閥和回風風閥一般為聯動設計，并非獨立存在，因此在進行風閥密封性能認證測試時，AMCA實驗室需要將集成在空氣側經濟器裝配中的新風風閥和回風風閥分別轉化成獨立的裝配體，并且在正壓和負壓2種工況下進行測試。

用于認證測試的獨立風閥裝配，其風閥葉片相對于產品的風閥葉片應當滿足空氣動力學性能相似的要求，重點關注以下幾點[5]：1）風閥葉片相對于框架的位置，以及葉片中心到中心的尺寸保持相同；2）風閥葉片必須具有相同的流線形狀，前后邊緣的尺寸相同；3）風閥葉片截面輪廓的角度和曲率相同；4）風閥葉片材料厚度偏差導致的風閥通風面積偏差不超過5%；5）風閥葉片上使用相同的密封部件和安裝方式；6）風閥框架和葉片的彈性模量無降低；7）風閥葉片運動形式保持一致，如產品為平行式葉片，樣品也應當一致；8）風閥葉片的連接方式和安裝部件保持一致；9）風閥葉片的側面密封部件保持一致。

詳細要求可查閱標準AMCA 511的3.1.5節。圖2為某空氣側經濟器裝配集成的矩形多葉片風閥轉化為獨立裝配后的結構示意。

圖2 集成的矩形多葉片風閥轉化為獨立裝配后的結構示意圖

2.2 風閥尺寸

用于認證測試的獨立風閥裝配應按照AMCA 511標準中第15.1.2.1節的規定來確定尺寸大小[5]，不同的風閥類型有不同的要求。以本文的多葉片矩形風量控制風閥為例，測試樣品的尺寸定義規則如下（內尺寸，寬度×高度）：1）12 in×48 in；2）最大寬度×36 in。

上述2個風閥尺寸為可選測試對象，主要用于產品手冊發布的風閥寬度范圍和對應的密封等級的補充，通常要求其寬度和高度尺寸均在生產（認證）的風閥尺寸范圍。其中“最大寬度”為生產的風閥產品的最大寬度值，可取12 in和“最大寬度”之間（包括邊界值）的任意寬度值，并且樣品的尺寸偏差應當控制在0～0.25 in的范圍內。當生產的風閥的單葉片的高度小于上述給定值時，需要根據給定的高度來制作多葉片風閥。下面2個尺寸的風閥樣品為密封認證必測對象：1）最小寬度×最大高度（按生產的風閥的最大高度）；2）最大寬度×最大高度（不大于36 in）。

由測試樣品的寬度范圍和最大高度可確定認證風閥的尺寸范圍。根據AMCA 511，在密封等級認證的風閥尺寸范圍內增加新的風閥尺寸，只要其設計符合標準中關于空氣動力學性能相似的定義（AMCA 511標準中第3.1.5節），可視作已認證。低泄漏空氣側經濟器使用的風閥應當包含AMCA授權的密封認證標簽，并向ASHARE 90.1、IECC和TITLE 24相關機構提交認證測試結果，否則標準覆蓋地區不允許銷售。

2.3 轉矩設置

空氣側經濟器通常使用電動機驅動機構裝置來控制風閥葉片的開合。對于密封認證測試的獨立風閥裝配，AMCA實驗室允許對實際產品的驅動設計進行等效轉化，如將齒輪/齒條或其他傳動方式轉化為連桿傳動，通過配重塊、彈簧或驅動器等方式提供葉片所需的密封轉矩。

為風閥葉片提供密封轉矩時，應該使用校準過的配重塊、彈簧、驅動器或其他施力裝置，且葉片的受力位置應與空氣側經濟器產品上的風閥保持一致[6]。由于實際產品的風閥應用情況復雜多樣，因此通常需要與AMCA實驗室溝通確定轉化方式。圖3為一種經過傳動轉化后的風閥獨立裝配，其使用配重塊替代電動機在風閥左右兩側通過連桿機構為葉片提供驅動轉矩。

3 測試裝置和設置

測試裝置主要包括風閥驅動裝置（如配重塊、彈簧等），采壓裝置（圓管、傳感器和數據采集裝置等）和風洞（噴嘴、風機等）組成。圖4為一種風閥同密封測試裝置的連接示意圖。其中風閥樣品一端用板子密封，并通過直徑不小于4 in的圓管與風洞連接。配重塊來提供葉片的密封轉矩，配重塊的大小根據力臂和實際產品的轉矩來確定。風洞主要包括噴嘴和風機，用于提供測試的風量和風壓。由于空氣側經濟器要求風閥在正負風壓下均滿足密封要求，因此設備應當能夠提供正負風壓（±249 Pa壓差）。

圖3 一種轉化后的風閥獨立裝配和驅動示意圖

圖4 一種風閥同密封測試裝置的連接示意圖

3.1 測試風管要求

測試風管將風閥與風洞進行連接，采壓點的布置需要遵循AMCA 500D的要求。測試風管的材料可選用木材或者鋁塑板等，具備良好的密封性，并確保其強度能夠承受測試時產生的正負壓力。測試風管的橫截面可根據實際需要制作成圓形或者矩形，其中圓形截面的直徑M和矩形截面的長a、寬b存在如下等效關系（如圖5）：

根據AMCA 500D所述，測試風管截面積的大小遵循如下要求[6]：1）風閥在正壓下測試時（測試風管內為正壓），風管的截面積為被測風閥面積的3倍或3倍以上；2）風閥在負壓下測試時（測試風管內為負壓），風管的截面積為被測風閥面積的15倍或15倍以上。

圖5 測試風管截面等效示意圖

3.2 采壓點布置

風閥密封測試時的采壓點通常為4個，均布于測試風管的4個面（方向），數據采集時取平均值。根據標準AMCA 500D的要求，測試風管上的采壓點所在的橫截面距離被測風閥的距離均為（3±0.25）in（如圖4）[6]。

3.3 數據采集

測試時，可調節風洞裝置使壓差值大致分別為0.9、1.0、1.1 in.WC，并采集對應壓差值的漏風量。根據測試數據繪制壓力和漏風量的曲線，利用插值等方式可得到1.0 in.WC壓差時對應的漏風量。

4 結論

風閥密封性能是空氣側經濟器的一項重要指標，需要在AMCA實驗室通過密封性能認證并提交數據給IECC和TITLE 24的相關機構后方可用于銷售。為了能順利通過認證，企業通常先按照認證測試要求進行內部驗證，然后再送到AMCA實驗室進行認證測試。開發產品時，我們應當熟悉風閥基于AMCA標準的密封認證測試的要求、方法、規則和要點。關于低泄漏空氣側經濟器的風閥的密封性能認證，需要注意：1）風閥裝配需要在正負兩種風壓下均滿足密封性能要求；2）使用轉化后的獨立裝配進行測試，而非直接使用空氣側經濟器裝配；3）可將復雜的傳動（如齒輪/齒條傳動）轉化成等效的連桿傳動等形式；4）可使用校準過的配重塊、彈簧、驅動器或其他裝置來為風閥葉片提供等效的驅動轉矩；5）若新增加的風閥在已通過密封等級認證的風閥尺寸規格范圍內，只要設計符合標準AMCA 511中關于空氣動力學相似的定義，均可視作已認證。