淺談空調(diào)系統(tǒng)試驗(yàn)臺(tái)架在正向設(shè)計(jì)中的作用

陳光伍，韋 巍，田汪慶

（安徽江淮汽車集團(tuán)股份有限公司技術(shù)中心，安徽 合肥 230601）

引言

隨著我國經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展，人們對(duì)于物質(zhì)生活的要求不斷提升。空調(diào)系統(tǒng)也逐步成為人們?nèi)粘Ｉ钪斜夭豢缮俚囊徊糠??？照{(diào)系統(tǒng)在進(jìn)行銷售前，其性能需要進(jìn)行確認(rèn)。環(huán)境試驗(yàn)是驗(yàn)證產(chǎn)品設(shè)計(jì)及質(zhì)量的主要手段[1]。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，為了解決如何把系統(tǒng)控制到預(yù)期工況這一技術(shù)難題，環(huán)境試驗(yàn)設(shè)備發(fā)揮著重要作用[2]。

壓縮機(jī)、空調(diào)器等制冷設(shè)備的性能試驗(yàn)臺(tái)，測(cè)量與控制的可靠性尤為重要。沒有準(zhǔn)確的測(cè)量與精準(zhǔn)的控制，性能試驗(yàn)臺(tái)無法獲取可靠的測(cè)試數(shù)據(jù)，也就很難完成待測(cè)設(shè)備的性能試驗(yàn)與研發(fā)。同時(shí)，近兩年通過與貝爾、德爾福、空調(diào)國際、法雷奧、電裝、松芝、杰信、新電、豫新等國內(nèi)外空調(diào)系統(tǒng)廠交流，得知中國目前最好的整車空調(diào)研發(fā)團(tuán)隊(duì)是泛亞汽車的空調(diào)電子部。對(duì)其空調(diào)研發(fā)團(tuán)隊(duì)進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)其在空調(diào)系統(tǒng)的冷凍油循環(huán)量測(cè)試、模擬整車裝配狀態(tài)的空調(diào)性能測(cè)試、空調(diào)系統(tǒng)在極限工況下（高溫、高速或怠速）運(yùn)行情況測(cè)試、空調(diào)系統(tǒng)受前端模塊（水箱、中冷器、通風(fēng)格柵等）的影響程度、HVAC的溫度線性測(cè)試等研究位于行業(yè)前列，而其研究的基礎(chǔ)就是空調(diào)試驗(yàn)臺(tái)架。

因此，本文通過闡述某款空調(diào)系統(tǒng)正向設(shè)計(jì)過程中加熱器單體在空調(diào)系統(tǒng)試驗(yàn)臺(tái)架上的驗(yàn)證過程，明確指出，低成本高質(zhì)量空調(diào)系統(tǒng)開發(fā)的整體思路就是：大力控制環(huán)模試驗(yàn)的次數(shù)，切實(shí)提高環(huán)模試驗(yàn)質(zhì)量，充分利用臺(tái)架試驗(yàn)進(jìn)行空調(diào)系統(tǒng)單點(diǎn)測(cè)試并確保準(zhǔn)確性[3]在空調(diào)系統(tǒng)正向設(shè)計(jì)中的重要性。

1 試驗(yàn)設(shè)備、評(píng)價(jià)指標(biāo)及測(cè)試方法

1.1 試驗(yàn)設(shè)備

空調(diào)系統(tǒng)綜合試驗(yàn)臺(tái)架是一套由試驗(yàn)室、風(fēng)量測(cè)定裝置、空氣調(diào)和器、空氣溫度測(cè)定裝置、濕度測(cè)定裝置、加熱器試驗(yàn)輔助系統(tǒng)、試件電源供應(yīng)箱、熱電偶箱、冷媒系統(tǒng)所構(gòu)成的能夠測(cè)定空調(diào)系統(tǒng)各項(xiàng)性能的試驗(yàn)臺(tái)架。

1.2 評(píng)價(jià)指標(biāo)

對(duì)于空調(diào)系統(tǒng)而言，換熱量直接影響整套空調(diào)系統(tǒng)的性能。而一個(gè)經(jīng)過優(yōu)化的空調(diào)系統(tǒng)的制冷器的散熱系統(tǒng)的散熱能力總是有限的。雖然通過增加副冷凝器的同時(shí)增加制冷劑充注量[4-6]的方式能達(dá)到改善散熱系統(tǒng)散熱能力，提升空調(diào)系統(tǒng)性能的目的，但這樣可能會(huì)與系統(tǒng)開發(fā)中“低成本、高質(zhì)量”的目標(biāo)相悖離[7-8]。因此，在給定的邊界條件下，空調(diào)系統(tǒng)的換熱能力的平衡點(diǎn)就成為了整個(gè)空調(diào)系統(tǒng)性能的一個(gè)重要評(píng)價(jià)指標(biāo)。以某款加熱器為例，設(shè)計(jì)狀態(tài)要求該加熱器在風(fēng)量為300 m3/h狀態(tài)下加熱能力≥（5 000～5%） W，但使用傳統(tǒng)的測(cè)試方法可能無法對(duì)其性能進(jìn)行系統(tǒng)的模擬、分析，也就無法對(duì)其進(jìn)行全面的評(píng)價(jià)。

1.3 測(cè)試原理簡(jiǎn)述

在空調(diào)系統(tǒng)的日常使用過程中，其使用的環(huán)境溫度、濕度、通風(fēng)量、通過系統(tǒng)的風(fēng)量以及介質(zhì)的流量、介質(zhì)的進(jìn)入溫度等的合理使用有利于改善空調(diào)制冷系統(tǒng)的高溫運(yùn)行性能,拓寬其運(yùn)行溫度范圍[9]。因此，在使用空調(diào)系統(tǒng)綜合試驗(yàn)臺(tái)架對(duì)換熱能力（換熱量）進(jìn)行對(duì)比測(cè)試時(shí)，需針對(duì)該套系統(tǒng)的日常使用環(huán)境對(duì)這幾組變量參數(shù)進(jìn)行設(shè)定，同時(shí)對(duì)其中的部分可控因素進(jìn)行調(diào)整，獲得盡可能多的測(cè)試數(shù)據(jù)，從而對(duì)設(shè)計(jì)分組提供數(shù)據(jù)支持。

2 試驗(yàn)舉例及分析

以某公司生產(chǎn)的某款加熱器為例，為驗(yàn)證其性能，針對(duì)關(guān)鍵邊界條件進(jìn)行設(shè)定（邊界條件賦值來源于加熱器常用工況），并針對(duì)其中的影響性能的關(guān)鍵因素（風(fēng)量、水流量）進(jìn)行調(diào)整、測(cè)試，同時(shí)對(duì)測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄。

流量分別設(shè)置：4 L/min、8 L/min、12 L/min、16 L/min、20 L/min、24 L/min，風(fēng)量分別設(shè)置200 m3/h、300 m3/h、400 m3/h、500 m3/h、600 m3/h。進(jìn)氣溫度：（20±0.5）℃，進(jìn)口溫度（85±0.5 ）℃。詳見表1：

表1 測(cè)試邊界條件設(shè)定參數(shù)

2.1 數(shù)據(jù)采集及處理涉及名詞

（1）空氣進(jìn)口溫度：試驗(yàn)室內(nèi)的空氣溫度；（2）空氣濕球溫度：試驗(yàn)室內(nèi)的空氣濕度；（3）介質(zhì)進(jìn)口溫度：加熱器進(jìn)口介質(zhì)溫度；（4）加熱器風(fēng)量：通過加熱器的風(fēng)量；（5）介質(zhì)流量：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)通過加熱器單位面積的介質(zhì)的體積；（6）換熱量：測(cè)試樣件的換熱性能結(jié)果；（7）加熱器風(fēng)阻：空氣通過加熱器的壓力降；（8）加熱器流阻：介質(zhì)通過加熱器的壓力降。

2.2 對(duì)同一風(fēng)量不同介質(zhì)流量情況下數(shù)據(jù)分析

分別在加熱器風(fēng)量為：200 m3/h、300 m3/h、400 m3/h、500 m3/h、600 m3/h，以介質(zhì)流量為4 L/min、8 L/min、12 L/min、16 L/min、20 L/min、24 L/min進(jìn)行測(cè)試，并對(duì)測(cè)試結(jié)果進(jìn)行采集，見表2，并對(duì)結(jié)果形成曲線圖，見圖1、圖2：

表2 熱換量與風(fēng)量、介質(zhì)流量數(shù)據(jù)

圖1 加熱器換熱能力與風(fēng)量曲線

圖2 加熱器風(fēng)阻與風(fēng)量曲線

由測(cè)試數(shù)據(jù)和曲線圖可以看出，針對(duì)該款加熱器，加大介質(zhì)流量后其換熱量有明顯的提升，但是從16 L/min后，即使加大介質(zhì)流量，其換熱性能也無明顯提升。同時(shí)，增大流量后，在低風(fēng)量條件下，對(duì)應(yīng)的加熱器風(fēng)阻無明顯變化。

2.3 小節(jié)

針對(duì)該款加熱器，廠家設(shè)計(jì)階段的綜合要求為：在風(fēng)量不大于400 m3/h的情況下，其換熱性能需達(dá)到大于、等于4 750 W的指標(biāo)要求。因此，綜合考慮該款加熱器的測(cè)試性能，可以選擇介質(zhì)流量為4L/min的設(shè)備與其相匹配。

3 結(jié)論

本文闡述了利用空調(diào)系統(tǒng)綜合試驗(yàn)臺(tái)架實(shí)現(xiàn)正向開發(fā)階段的空調(diào)系統(tǒng)的匹配、驗(yàn)證分析工作。使用該臺(tái)架進(jìn)行測(cè)試具有以下優(yōu)勢(shì)：試驗(yàn)效率高，不需要進(jìn)行整機(jī)搭載；試驗(yàn)精度高，針對(duì)試驗(yàn)結(jié)果產(chǎn)生影響的邊界條件可以進(jìn)行有效的控制；試驗(yàn)重復(fù)性好，完全滿足對(duì)比試驗(yàn)的需要，且可以直觀地用數(shù)據(jù)曲線圖對(duì)關(guān)鍵指標(biāo)進(jìn)行分析說明。

因此，空調(diào)系統(tǒng)綜合試驗(yàn)臺(tái)架在空調(diào)系統(tǒng)的正向開發(fā)中有著巨大的推動(dòng)作用，不僅可以在設(shè)計(jì)開發(fā)階段給予設(shè)計(jì)人員支持，同時(shí)可以在后期為設(shè)計(jì)變更、降成本等工作時(shí)提供有效的對(duì)比數(shù)據(jù)及圖表支持。