一種家用空調性能現場測量裝置

林 瑋 章偉富 倪紅華 許亞東 金升潮 章譽騫

（浙江方圓檢測集團股份有限公司 杭州 310018）

引言

家用空調器明示性能指標反映制冷系統在實驗室特定工況下的運行性能，而由于建筑類型、氣象環境、內/外機安裝位置、人員操控等諸多可變參數與實驗室不同，家用空調產品在用戶現場的制冷、制熱性能與試驗室檢測結果存在一定差異，無法真實反映產品在用戶使用環境下的實際運行效果，部分現場安裝的空調類產品甚至無法滿足用戶的使用需求,致使產品質量糾紛增多。近幾年，涉及用戶現場的家用空調產品現場運行能力的鑒定及驗收需求日益增加。

目前國際通用的空調性能測量方法有壓縮機性能曲線-容積效率法、質量流量計法、空氣焓差法[1]。壓縮機性能曲線-容積效率法依賴壓縮機廠家提供壓縮機性能參數，難以實現第三方測量。質量流量計法需安裝儀表測試冷媒質量流量，破壞了原有制冷劑管道，且測量成本較高。空氣焓差法因能較準確反映空調風量、制冷制熱能力、能耗，當前第三方檢測機構和企業實驗室多采用空氣焓差法測量空調系統在標定工況下的空調性能。空氣焓差法運用于用戶現場測量時容易碰到諸多問題，例如試驗裝置過大不便攜帶和現場安裝，現場室內/外間的多組傳感器線纜布置將影響房間漏熱。

針對上述問題，本文設計研發了一款基于空氣焓差法且適用于用戶現場的家用空調性能測量裝置，包括測試系統和電控系統。本裝置通過雙頻無線客戶端傳輸室內/外間信號減少了室內外間室漏熱，采用均壓管壓差計法測量風管處動壓代替傳統的噴嘴壓差法進行風量測試，減小了測量裝置的物理尺寸。

1 測試系統

測試系統包括送風管道（含室內送風溫濕度傳感器、出風靜壓傳感器）、測試段管道（含壓差計、引風機）、室外空氣取樣器（含溫/濕度傳感器）、室內回風取樣器（含溫/濕度傳感器）、大氣壓力傳感器。

室內回風、室外空氣采用如圖2所示的空氣取樣器，取樣器的3根豎管上開設有取樣口。室內回風取樣器距離空調器室內回風口約0.15 m。室外空氣取樣器位置應不受空調器排出風的影響，可置于距離外機上蓋0.15 m處或外機進氣口0.15 m處，室內送風溫濕度傳感器置于送風管道幾何中心點。

圖1 測試系統示意圖

引風機為可調速風機，通過調節引風機轉速使得送風管道處的出風靜壓保持在0±1 Pa，出風口靜壓測點設置在距離空調出風口為，A、B為家用空調出風口截面尺寸。測試段管道中焊接有如圖3所示的均壓管（測壓十字架），均壓管上開有若干檢測孔，兩架均壓管測點間裝有壓差傳感器，測量管內氣體動壓。

圖3 風量測試段

圖4 采集參數傳輸過程

2 電控系統

鑒于用戶現場的供電電壓波動較大，本裝置裝有調壓器，現場測試前通過調壓器調節家用空調的供電電壓在（220±2）V。裝置通過功率參數儀采集家用空調的輸入電壓、電流、功率。實時采集的室外溫濕度數據通過雙頻無線客戶端傳送到室內房間端，協同室內回風溫濕度、室內送風溫濕度、大氣壓力、靜壓、送風管道動壓，通過交換機傳送數據到上位機，在上位機軟件完成空調性能計算，輸出家用空調的關鍵性能參數制冷量、制熱量、輸入功率、制冷性能系數、制熱性能系數。

3 現場測量的儀器設備選型和準確度

現場測量裝置的主要參數采集儀型號和設備準確度見表1。

表1 現場測量裝置設備選型和儀表準確度

4 空調性能計算軟件編制

本文以冷量計算為例，制熱量計算可參照制冷量計算公式執行。依據GB/T 7725-2022，房間空調器的制冷量由室內側決定[2]。

式中：

φ—室內側測量的總制冷量；

q—空調器室內測點的風量；

ha1—空調器室內側回風空氣焓值；

ha2—空調器室內側送風空氣焓值；

—測點處濕空氣比容；

Wn—測點處的空氣含濕量。

其中q室內側點的風量按式（2）計算。

式中：

ε—流量系數，通常取1；

A—室內送風管道測點處的截面積

ΔP—均壓管處測得的壓差。

其他符號定義見公式（1）。

由于現場檢測時送風管道安裝的局限性，本文引入漏熱量對制冷量進行修正，修正后的公式如下。

式中：

k—漏熱系數；

Ta1—室內回風干球溫度；

Ta2—室內送風干球溫度。

其他符號定義見公式（1）。

式（3）中的漏熱系數k受送風管道材料影響，通過GB/T 7725-2022附錄D.3.4的標定試驗確定具體數值，本文中k取2。ha1、ha2、、 Wn均可通過傳感器采集的參數計算得到，相關計算可參考GB/T 7725-2022的附錄A、附錄D，本文不做展開敘述。

5 試驗研究

選取一臺市場流通的轉速可控型家用房間空調器作比對樣機，其明示參數見表2。

表2 某家用空調明示性能參數

分別采用本文研制的空調性能現場測試平臺和國家CNAS認可實驗室的焓差試驗室對該空調進行名義制冷量測試。名義制冷量測試時，按空調器制造商提供的名義制冷壓縮機運行頻率及其設定方法，設定空調器運行狀態，具體測試結果見表3。

表3 空調制冷能力測試結果比較

由表3可知，在室內、外環境都符合標準名義制冷工況要求的情況下，通過本文研制的空調性能現場測量裝置測得的制冷量略大于比對實驗室設備檢測結果，偏差約為1.1 %，而輸入功率僅相差0.5 W，制冷性能系數偏差也僅1.0 %。通過上述比對試驗，空調性能現場測量裝置有較好的測試準確度。

6 用戶現場測量時的注意事項

現場測量區別于焓差試驗室測量，容易受氣候、現場安裝等條件影響。采用本文研制的家用空調性能現場測量裝置進行現場測量時，應盡量選擇無雨雪、無大風的天氣，避免雨雪、大風對室外參數采集準確度的影響。室內送風管道需要根據實際空調內機出風口尺寸進行裁制，風道材料選擇類似聚苯乙烯擠塑板的保溫材料。關注家用空調的輸入電壓波動，通過調節變壓器，維持輸入電壓在（220±2）V范圍內。

7 結論

本文針對當前家用空調現場測量的難題，從焓差測試的基本原理著手，在保證測試精度的前提下著重設備輕便化，設計研發了一套適用于現場測量的焓差測試裝置，并采用一臺家用空調作為被測樣機與對照實驗室的焓差試驗室進行比對測試，制冷量偏差結果僅約1.1%，輸入功率幾乎沒有偏差，制冷性能系數偏差1.0%，完全滿足現場測試要求。最后給出實際現場測量時天氣選擇、測量設備安裝、供電電壓波動等注意事項。該家用空調性能裝置的研發，有助于推動家用空調現場檢測業務，為后續第三方檢測機構、生產企業、家庭用戶清晰了解現場空調的實際運行狀態提供了有利的數據支撐和評價依據。