歐盟組合式空調(diào)機(jī)組性能檢測方法分析

盧智斌 尚明言 陳信勇

（珠海格力電器股份有限公司 珠海 519070）

引言

組合式空調(diào)機(jī)組在歐盟市場沒有ERP性能強(qiáng)制認(rèn)證的法規(guī)，但是在競爭激烈的商用空調(diào)銷售市場，制造商通常選擇一些在當(dāng)?shù)卣J(rèn)可度較高的第三方認(rèn)證機(jī)構(gòu)或者行業(yè)協(xié)會申請自愿性認(rèn)證，以助力于制造商的產(chǎn)品在銷售市場中脫穎而出，而EUROVENT是歐盟市場上權(quán)威性較高行業(yè)協(xié)會之一，本文以EUROVENT行業(yè)協(xié)會的認(rèn)證要求對此類產(chǎn)品的檢測認(rèn)證方法展開研究。按EUROVENT的TCR[1]文件要求，此類產(chǎn)品分實體組件（Real Unit）性能和箱體（Model Box）機(jī)械性能兩方面的測試。

1 實體組件（Real Unit）性能測試

實體組件為組合式空調(diào)機(jī)組的功能組件，包括風(fēng)機(jī)、空氣過濾、能量回收、熱交換等組件，依據(jù)檢測標(biāo)準(zhǔn)EN13053[2]對各種功能段進(jìn)行測試。其中，EUROVENT認(rèn)證針對實體組件的輸出風(fēng)量、機(jī)外靜壓、消耗功率、制冷能力、制熱能力、熱回收效率以及噪音進(jìn)行評估。

1.1 風(fēng)量-壓力-功率測試

使用風(fēng)室或風(fēng)道方法測試，安裝類型采用B（自由進(jìn)口，風(fēng)管出口）、C（風(fēng)管進(jìn)口，自由出口）或D（風(fēng)管進(jìn)口，風(fēng)管出口）方式，具體測試方法按ISO 5801:2007[4]要求進(jìn)行。需要分別在送風(fēng)側(cè)測試3個風(fēng)量點（名義風(fēng)量、名義風(fēng)量±5 %），新風(fēng)側(cè)測試1個風(fēng)量點。記錄風(fēng)量、總風(fēng)機(jī)壓力、機(jī)外靜壓、過濾網(wǎng)初始壓降、風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速、輸入功率等數(shù)據(jù)。測試進(jìn)行時，只打開測試側(cè)的風(fēng)道，其它的風(fēng)道需要關(guān)閉。最終的測試結(jié)果需修正為標(biāo)準(zhǔn)空氣（空氣密度為1.2 kg/m3）的風(fēng)量。

由于測試進(jìn)行時，過濾網(wǎng)是潔凈的初始狀態(tài)，因此測試外部靜壓（ESP）需要按修正的濾網(wǎng)設(shè)計壓降和測試初始壓降計算實際的可用外部靜壓（ASP）。

修正濾網(wǎng)設(shè)計壓降=（宣稱濾網(wǎng)最終壓降+測試初始壓降）/2

可用外部靜壓（ASP）=測試外部靜壓（ESP）-（修正濾網(wǎng)設(shè)計壓降-測試初始壓降）

對于使用變頻風(fēng)機(jī)的機(jī)組，測試時須根據(jù)制造商提供的測試方法調(diào)整風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速與風(fēng)閥，使機(jī)組輸出風(fēng)量達(dá)到其宣稱值，此時若實測的可用機(jī)外靜壓和輸入功率在標(biāo)準(zhǔn)容差范圍內(nèi)，測試即符合要求。

對于使用定頻風(fēng)機(jī)的機(jī)組，則以額定轉(zhuǎn)速運行，測試過程以調(diào)整風(fēng)閥使風(fēng)量達(dá)到宣稱值，此時對應(yīng)的可用機(jī)外靜壓和輸入功率在容差范圍內(nèi)，測試即符合要求。

測試容差：可用機(jī)外靜壓不小于 -4 %或-15 Pa取較大值，輸入功率不超過 +3 %[1]。

1.2 制冷和制熱能力測試

EUROVENT的認(rèn)證要求制冷和制熱能力都需要分別在2個不同的環(huán)境工況下測試。第一個工況為設(shè)計工況（見下），第二個工況為EUROVENT從制造商的選型軟件中隨機(jī)抽取1個環(huán)境工況。測試時使用的風(fēng)量和水流量為制造商的宣稱值。

制冷：空氣進(jìn)風(fēng)溫度：27 ℃，空氣進(jìn)風(fēng)相對濕度：47 % RH，水側(cè)進(jìn)水溫度：7 ℃，水流量：制造商的宣稱值。

制熱：空氣進(jìn)口溫度：10 ℃，水側(cè)進(jìn)水溫度：60 ℃，水流量：制造商的宣稱值。

測試容差：制冷和制熱能力不小于 -2 %，水壓降不大于+10 %或+2 kPa中較大值。

1.3 熱回收效率測試

常見的熱回收系統(tǒng)有循環(huán)式盤管、旋轉(zhuǎn)式熱交換器和板式換熱器三種系統(tǒng)，EUROVENT對各種系統(tǒng)測試要求要參考對應(yīng)熱回收部件標(biāo)準(zhǔn)[5-7]。熱回收測試應(yīng)在干燥工況下溫差至少為20 K的環(huán)境下進(jìn)行，新風(fēng)側(cè)進(jìn)口溫度不應(yīng)低于5 ℃，只測試一個工況點，新風(fēng)側(cè)風(fēng)量應(yīng)等于抽風(fēng)側(cè)設(shè)計風(fēng)量。

根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)EN13053要求，熱回收測試方法須參考標(biāo)準(zhǔn)EN 308[8]。熱回收效率ηt計算公式為：

式中：

t22—新風(fēng)側(cè)出風(fēng)溫度；

t21—新風(fēng)側(cè)進(jìn)風(fēng)溫度；

t11—抽風(fēng)側(cè)進(jìn)風(fēng)溫度。

測試點和連接方式按圖1進(jìn)行，分別測試熱回收裝置新風(fēng)側(cè)和抽風(fēng)側(cè)的進(jìn)風(fēng)溫度、出風(fēng)溫度、進(jìn)風(fēng)靜壓、出風(fēng)靜壓、風(fēng)量參數(shù)，并計算新風(fēng)側(cè)和抽風(fēng)側(cè)壓降。按EN 308要求在與機(jī)組相連的每條風(fēng)道中分別布置一個溫度測量平面，測量在風(fēng)道橫截面上的五個點處的空氣溫度（具體測試位置見EN 308），以確認(rèn)風(fēng)道內(nèi)的溫度是否分布均勻。注意按照標(biāo)準(zhǔn)EN 308的要求，新風(fēng)側(cè)和抽風(fēng)側(cè)熱平衡比要在±5 %以內(nèi)，該測試結(jié)果才有效。

圖1 熱回收裝置測試連接圖[8]

測試容差：熱回收效率不小于 -3 %，熱回收空氣側(cè)壓降不大于 +10 %或+15 Pa，取較大值。

1.4 噪聲測試

需對機(jī)組的進(jìn)入、流出風(fēng)管和箱體分別產(chǎn)生的噪聲進(jìn)行測試。風(fēng)管噪聲可使用混響室測試法、空曠地測試法或聲密度測試法三種方法進(jìn)行測試，需分別測試 125 Hz、250 Hz、500 Hz、1 000 Hz、2 000 Hz、4 000 Hz、8 000 Hz頻率下的聲功率值。測試噪音時，機(jī)組只開啟送風(fēng)側(cè)風(fēng)機(jī)，在名義工況（20 ℃）下運行，進(jìn)風(fēng)口（或出風(fēng)口）為自由進(jìn)風(fēng)，出風(fēng)口（或進(jìn)風(fēng)口）需安裝長度至少為出風(fēng)口（或進(jìn)風(fēng)口）直徑長度的風(fēng)管，具體安裝例子見圖2。低頻率的風(fēng)管末端噪聲按標(biāo)準(zhǔn)EN 12102進(jìn)行修正。

圖2 進(jìn)出風(fēng)管噪音測試[1]

箱體噪聲測試同樣可使用混響室測試法、空曠地測試法或聲密度測試法三種方法，機(jī)組只開啟送風(fēng)側(cè)風(fēng)機(jī)，在名義工況（20 ℃）下運行，進(jìn)風(fēng)口和出風(fēng)口需安裝風(fēng)管測試，具體安裝例子見圖3。

圖3 箱體噪音測試[1]

2 箱體（model box）機(jī)械性能測試

箱體測試標(biāo)準(zhǔn)為EN 1886[3]，測試樣機(jī)要求不少于2個功能段組成，高度和寬度尺寸在0.9～1.4 m之間，總的箱體表面積在10～30 m2之間，并安裝過濾器框架（無過濾介質(zhì)）。如果樣機(jī)需要實驗室現(xiàn)場進(jìn)行拼接和安裝，則要求箱體上使用的所有材料、安裝工藝、安裝方法等都必須與實體組件相同，不能增加額外的密封，比如額外打膠、額外增加緊固組件等方法都是不允許的。

2.1 機(jī)械強(qiáng)度測試

按標(biāo)準(zhǔn)EN 1886要求，機(jī)械強(qiáng)度共分為D1、D2、D3等級，具體劃分見表1，測試壓力見表2。

表1 外殼等級界定

表2 機(jī)械強(qiáng)度測試條件

組合式空調(diào)機(jī)組在標(biāo)準(zhǔn)測試工況下運行時，撓度的測試精度為±0.5 mm。例如，圖4中，X′X″是R′S′的撓度測量值，XX″是PQ的撓度測量值。需要注意是X′X″是面板抗變形能力的擾度，XX″是框架和面板抗變形能力的擾度，RR′和SS′是框架抗變形能力的擾度。

圖4 機(jī)械強(qiáng)度測試[2]

2.2 外殼氣密性測試

外殼氣密性分別在-400 Pa和+700 Pa兩種不同的機(jī)外靜壓下進(jìn)行測試，最大泄漏率等級見表3和表4。

表3 -400 Pa測試壓力下的外殼氣密性等級

表4 +700 Pa測試壓力下的外殼氣密性等級

如果機(jī)組實際測試壓力偏離了標(biāo)準(zhǔn)測試壓力-400 Pa和700 Pa，則需按如公式（2）修正為-400 Pa和700 Pa壓力下的泄漏率：

式中：

fm—指實際測試壓力下的泄漏率；

f400和f700—指修正到400和700 Pa壓力下的泄漏率。

測試箱體在進(jìn)出口兩端預(yù)先開好進(jìn)風(fēng)口，使用工裝給箱體進(jìn)行加壓和抽壓，在標(biāo)準(zhǔn)測試壓力-400 Pa和+700 Pa下達(dá)到壓力穩(wěn)定時記錄實測風(fēng)量數(shù)據(jù)，該數(shù)據(jù)即為箱體的漏風(fēng)量（漏風(fēng)量除以外殼總面積則為箱體的漏風(fēng)率）。

漏風(fēng)量的影響主要來自于操作門、框架和面板間的縫隙等需要銜接的地方，因此箱體的組裝工藝和箱體密封制造工藝非常重要。另外還須注意測試樣機(jī)在物流運輸過程要有充分的保護(hù)。在測試樣機(jī)的組裝時必須注意功能段的組裝是否符合制造商的設(shè)計要求，發(fā)現(xiàn)有箱體損壞的地方須進(jìn)行修補(bǔ)，否則將導(dǎo)致測試漏風(fēng)量變大。

2.3 過濾器旁通泄漏率測試

過濾器旁通泄漏率分別在-400 Pa和+400 Pa下測試，不同的過濾器等級對應(yīng)的最大泄漏率見表5，不同類型的機(jī)組使用的空氣流速按表6設(shè)置。實驗室應(yīng)使用制造商提供的封板以代替過濾器進(jìn)行測試，封板必須與過濾器的形狀，尺寸和表面質(zhì)量完全相同。

表5 ±400 Pa測試壓力下，可允許的過濾器旁通泄漏率

表6 不同類型機(jī)組的過濾段的空氣流速

在測試正壓時，首先使用封板測試總漏風(fēng)量（包括外殼漏風(fēng)量+過濾器旁通漏風(fēng)量），然后完全密封過濾器組件，再測試外殼漏風(fēng)量，見圖5，由于外殼漏風(fēng)量是不經(jīng)過過濾器而直接進(jìn)入風(fēng)道，因此過濾器漏風(fēng)量=總漏風(fēng)量-外殼漏風(fēng)量。

圖5 正壓時測試總漏風(fēng)量[3]

測試負(fù)壓時直接測試總漏風(fēng)量即可（外殼漏風(fēng)量也屬于未過濾空氣）。封板（代替過濾器）設(shè)計時，需要注意封板的結(jié)構(gòu)與安裝方向，確保施加正壓和負(fù)壓時，封板是被吸向過濾器框架增強(qiáng)密封性。否則，封板將受壓被頂開，導(dǎo)致過濾器旁通泄漏率測試增大。

2.4 熱傳遞和熱電橋測試

測試熱傳遞需在組合式空調(diào)機(jī)組內(nèi)外溫差穩(wěn)定在至少在20 ℃以上的情況下進(jìn)行測試，用以下公式計算得出表7對應(yīng)熱傳遞等級。

表7 組合式空調(diào)機(jī)組外殼熱傳遞值等級

式中：

Pel—電加熱器和環(huán)流風(fēng)機(jī)的電源輸入功率；

A—外表面面積；

Δtair—箱體內(nèi)/外空氣的溫差Δtair=ti?ta；

ti—內(nèi)部空氣溫度平均值；

ta—外部空氣溫度平均值。

測試中，當(dāng)內(nèi)外溫度的平均溫差穩(wěn)定為20 ℃時，建立外表面上任意點與內(nèi)部空氣溫度平均值的最小溫差。最小溫差與箱體內(nèi)/外空氣的溫差比值為熱電橋系數(shù)，用以下公式計算得出表8對應(yīng)熱電橋等級。

表8 外殼的熱電橋系數(shù)等級

式中：

Δtmin—最小溫差Δtmin=ti?tsmax；

tsmax—箱體外表面最高溫度。

測試時箱體內(nèi)必須包含以下裝置：

1）一個或多個電加熱器，從外部進(jìn)行控制。

2）一個或多個環(huán)流風(fēng)機(jī)，總的自由風(fēng)量效果等于每小時換氣100～110次，使內(nèi)部各測量點之間的空氣溫差不大于2 K，機(jī)組內(nèi)的測試裝置不能影響外殼的熱傳遞。箱體必須沿長度方向等分為三個測量段。

3）在箱體內(nèi)必須放置16個溫度測量裝置，如圖6，每個測量段的各個角落都放置一個溫度測量點。測量點每離側(cè)板100 mm就需放置一個。箱體內(nèi)外所使用的所有溫度測量裝置都必須防止熱輻射。在距離箱體四側(cè)，頂面和底面各0.25 m的地方測量外部氣溫。

圖6 箱體熱傳遞測試電加熱器位置[3]

采用穩(wěn)定的電源給加熱器和風(fēng)機(jī)上電，在內(nèi)部平均氣溫的測量值達(dá)到穩(wěn)態(tài)之前，保持電壓不變。30 min內(nèi)，測量裝置（內(nèi)部和外部平均溫度）所產(chǎn)生的標(biāo)準(zhǔn)偏差不能超過1 K。

測量過程中，內(nèi)部測量點的溫差不能超過2 K，或內(nèi)部區(qū)域內(nèi)三個平均溫度測量值的溫差不能超過0.5 K，外部測量點的溫差不能超過0.5 K。

在穩(wěn)定的測試條件下，采用每個測試段的8個測試點的平均內(nèi)部溫度和最大外部溫度，計算熱電橋系數(shù)Kb，且計算每個區(qū)域的最小熱電橋系數(shù)Kb。用于確定溫度等級的Kb值為三段中的最小值。表面溫度測量裝置的直徑必須是7～9 mm，可用紅外線測量方法幫助確定箱體外部最高溫度位置，再用熱電偶測量該位置溫度。

2.5 外殼隔音測試

測試方法為ISO 11546-2所述的人造聲源測試方法，且測試過程必須符合ISO 3744[9]或ISO 3743[10,11]。測試箱體內(nèi)，在連續(xù)兩處安裝聲源，聲源不應(yīng)對地面造成振動。聲源離各側(cè)箱壁的位置不能小于0.2×d，其中，d指箱體最小內(nèi)部尺寸。

將聲源放置在箱體的第一個位置處。如ISO 3744或ISO 3743所述，根據(jù)包絡(luò)面方法在指定的擴(kuò)音器位置測量箱體內(nèi)倍頻段在125～8 000 Hz范圍內(nèi)的倍頻聲壓級，計算對數(shù)平均聲壓級。然后，將聲源移動到第二個位置處，重復(fù)測試獲得第二個對數(shù)平均聲壓級。2次測試值需用背景噪音系數(shù)進(jìn)行修正，見以下公式。根據(jù)2次測量值（每個倍頻段）的算術(shù)平均值，計算箱體聲源的平均聲壓級。

式中：

第三步，拆除箱體，將聲源安裝在箱體位置中心，測量聲源平均聲壓級。擴(kuò)音器的位置與前兩組測試相同，需用背景噪音系數(shù)進(jìn)行修正。

最后結(jié)果使用聲源平均聲壓級減去箱體平均聲壓級。

3 結(jié)語

歐盟組合式空調(diào)機(jī)組的測試評估項目較多，為避免測試過程中偏離機(jī)組的設(shè)計性能，測試需要注意以下幾點：

1）測試結(jié)果允差較小，設(shè)計宣稱值須考慮生產(chǎn)導(dǎo)致的一致性偏差；

2）樣機(jī)在物流運輸過程中要要做好充分的保護(hù)，以防止樣機(jī)的變形損壞對測試結(jié)果造成影響；

3）對選型軟件計算結(jié)果準(zhǔn)確性要求高，在編制選型軟件過程中需結(jié)合較多的測試數(shù)據(jù)進(jìn)行校正，否則測試將會較容易出現(xiàn)不合格情況；

4）箱體的機(jī)械性能測試結(jié)果沒有容差（除外殼隔音），實測結(jié)果必須達(dá)到列名對應(yīng)的等級，否則將進(jìn)行復(fù)測或下標(biāo)等級。