空氣焓值法試驗裝置能效測試方法研究

曹瑞林 王華佳 李偉 彭強(qiáng)

（1.中國家用電器研究院，北京 100053；2.中國輕工業(yè)聯(lián)合會，北京 100833）

隨著我國空調(diào)行業(yè)的不斷發(fā)展和新產(chǎn)品的不斷推廣應(yīng)用，以及空調(diào)產(chǎn)品的性能評價技術(shù)和測試評價技術(shù)的不斷完善與發(fā)展，研究空氣焓值法試驗裝置能效測量方法具有重要意義。該研究可以為我國空調(diào)產(chǎn)品試驗裝置能源利用狀況的科學(xué)分析提供方法，科學(xué)地反映試驗裝置的裝備水平和用能水平，使節(jié)能主管部門更深層次地部署、協(xié)調(diào)、服務(wù)、監(jiān)督節(jié)能工作，為用能單位提供制冷試驗裝置節(jié)能潛力和措施，為用能單位改進(jìn)能源管理和開展試驗裝置節(jié)能技術(shù)改造提供科學(xué)依據(jù)。以達(dá)到逐步縮小我國能源利用率與國際先進(jìn)水平的差距，降低試驗裝置能耗，保護(hù)環(huán)境，確保行業(yè)可持續(xù)發(fā)展。

前人對空調(diào)焓差試驗室能效測試方法進(jìn)行了一系列研究。張偉等[1]對空調(diào)焓差的計算方法進(jìn)行了詳細(xì)分析，提出了基于焓差法的空調(diào)能效測試方法。王濤等[2]對不同類型空調(diào)系統(tǒng)的能效測試方法進(jìn)行了比較，強(qiáng)調(diào)了試驗室測試的重要性。李明等[3]對空調(diào)焓差試驗室的構(gòu)建和運(yùn)行進(jìn)行了研究，為試驗室能效測試提供了基礎(chǔ)保障。然而，前人的研究尚未對空調(diào)焓差試驗室的測試方法和數(shù)據(jù)處理進(jìn)行深入探討，因此本文將對此進(jìn)行深入研究，以期進(jìn)一步完善空調(diào)焓差試驗室能效測試方法。

1 空氣焓值法試驗裝置測量原理

空氣焓值法試驗裝置是一種測量空調(diào)器制冷量和能源效率的裝置，其測量原理是基于空氣焓值法的概念?？諝忪手捣ㄊ峭ㄟ^測量空氣的焓值來計算空氣的濕度，在空調(diào)器的制冷過程中，制冷劑在蒸發(fā)器中吸收空氣中的熱量使其冷卻，同時空氣中的水蒸氣也會凝結(jié)成水滴或冰晶釋放出熱量，空氣的焓值會發(fā)生變化?？諝忪手捣ㄔ囼炑b置通過測量空調(diào)器出風(fēng)和回風(fēng)時的空氣參數(shù)，包括干球溫度、濕球溫度、噴嘴前后壓差、大氣壓力以及電參數(shù)等，計算出空氣的焓值變化，從而得到空調(diào)器的制冷量和能源效率。具體來說，該試驗裝置通過空氣處理機(jī)組控制空調(diào)器的運(yùn)行工況，待試驗工況穩(wěn)定后，測量出風(fēng)和回風(fēng)的參數(shù)，計算出空氣的焓值差，然后用風(fēng)量與焓差乘積的方式確定空調(diào)器的制冷量。同時，還可以根據(jù)制冷量和能源效率的定義，計算出空調(diào)器的能源效率。這種測量方法可以快速、準(zhǔn)確地測量空調(diào)器的制冷量和能源效率，適用于各種類型的空調(diào)器，包括窗式、分體式、中央空調(diào)等。同時，該裝置具有設(shè)備簡單、操作方便、測量范圍寬、測試時間短等優(yōu)點，因此在空調(diào)行業(yè)中得到了廣泛應(yīng)用。

2 研究方法

本研究采用試驗測試的方法，對空氣焓值法試驗裝置的制冷能效比、制熱能效比進(jìn)行詳細(xì)研究。試驗裝置包括空氣處理裝置、測量儀器和被測空調(diào)系統(tǒng)。空氣處理裝置包括空氣過濾器、制冷壓縮機(jī)、冷凝器、蒸發(fā)器、加熱裝置、加濕裝置和風(fēng)量調(diào)節(jié)器，用于調(diào)節(jié)和處理空氣溫濕度。測量儀器包括溫度傳感器、濕度傳感器、壓力傳感器、電參數(shù)測量儀和控制顯示儀表，用于測量空氣的狀態(tài)參數(shù)和被測樣機(jī)的電參數(shù)。被測空調(diào)系統(tǒng)則是在試驗室中模擬真實空調(diào)系統(tǒng)的一種裝置，包括制冷劑管道、換熱器、風(fēng)機(jī)等。

制冷能效比是指空調(diào)器或空氣熱交換器在額定工況和規(guī)定條件下進(jìn)行制冷運(yùn)行時，單位時間內(nèi)試驗裝置維持恒定溫濕度工況所消耗的能量與標(biāo)準(zhǔn)空調(diào)機(jī)制冷量的比值。

設(shè)備運(yùn)行總耗電量應(yīng)包括運(yùn)行測試需要開啟的所有設(shè)備及被試機(jī)本身的耗電量，包括控制柜、動力柜、內(nèi)外空氣處理機(jī)、工況機(jī)組、風(fēng)量測量裝置、取樣風(fēng)機(jī)、照明、被試機(jī)穩(wěn)壓電源及相應(yīng)的冷卻水系統(tǒng)等。如果采用中央冷卻水系統(tǒng)，則公共冷卻塔及水泵耗電量可不計入。

2.1 試驗方法

2.1.1 額定制冷工況能效比試驗

試驗負(fù)載空調(diào)器按空氣焓值法標(biāo)稱測試能力上限的60%選取相應(yīng)的空調(diào)器。初始工況為GB/T 7725-2022《房間空氣調(diào)節(jié)器》[4]規(guī)定的額定高溫制熱工況，試驗裝置從初始工況空載運(yùn)行至GB/T 7725-2022 規(guī)定的額定制冷工況（T1），當(dāng)所有工況滿足GB/T 7725-2022 規(guī)定的允許誤差時，開啟試驗負(fù)載空調(diào)器。試驗過程通常由預(yù)調(diào)節(jié)階段、平衡階段和數(shù)據(jù)采集階段三個階段組成。在預(yù)調(diào)節(jié)階段，試驗裝置會根據(jù)設(shè)定的工況，對干濕球溫度進(jìn)行調(diào)節(jié)，干濕球溫度會影響空氣的焓值，因此需要進(jìn)行調(diào)節(jié)以消除這些影響；在平衡階段，試驗裝置將負(fù)載空調(diào)器進(jìn)出風(fēng)干濕球溫度與參考空氣干濕球溫度進(jìn)行比較，以確定負(fù)載空調(diào)器進(jìn)出風(fēng)空氣的焓值。這個階段需要確保負(fù)載空調(diào)器進(jìn)出風(fēng)溫度、濕度、壓力與參考空氣的溫度、濕度和壓力相等，以便進(jìn)行準(zhǔn)確的比較；在數(shù)據(jù)采集階段，試驗裝置將記錄負(fù)載空調(diào)器的各項參數(shù)，如溫度、濕度、壓力、體積流量和電參數(shù)等，這些數(shù)據(jù)將被用于計算負(fù)載空調(diào)器的制冷量和耗電量等參數(shù)。記錄從開始試驗到工況穩(wěn)定運(yùn)行3 h 整個過程的試驗裝置總的耗電量，并按運(yùn)行時間計算出試驗過程的平均耗電量，并同時記錄負(fù)載空調(diào)器穩(wěn)定運(yùn)行后的額定制冷量。整個試驗過程需要仔細(xì)操作和記錄數(shù)據(jù)，以確保結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性。

2.1.2 額定制熱工況能效比試驗

試驗負(fù)載空調(diào)器按空氣焓值法標(biāo)稱測試能力上限的60%選取相應(yīng)的空調(diào)器。初始工況為GB/T 7725-2022《房間空氣調(diào)節(jié)器》規(guī)定的額定制冷工況（T1），試驗裝置從初始工況空載運(yùn)行至GB/T 7725-2022 規(guī)定的額定高溫制熱工況，當(dāng)所有工況滿足GB/T 7725-2022 規(guī)定的允許誤差時，開啟試驗負(fù)載空調(diào)器，試驗過程按2.1.1 進(jìn)行測試，負(fù)載空調(diào)器不應(yīng)除霜。記錄從開始試驗到工況穩(wěn)定運(yùn)行3 h 整個過程的試驗裝置總的耗電量，并按運(yùn)行時間計算出試驗過程的平均耗電量，并同時記錄負(fù)載空調(diào)器穩(wěn)定運(yùn)行后的額定制熱量。

2.2 數(shù)據(jù)處理

2.2.1 額定制冷工況能效比的計算

額定制冷工況能效比采用試驗裝置從額定高溫制熱工況調(diào)整到額定制冷T1 工況累計運(yùn)行3 h 的平均耗電量與負(fù)載空調(diào)器制冷量的比值作為計算參數(shù)，用C1表示，按式（1）計算：

式中：C1-額定制冷工況能效比，單位為W/W；E1-試驗裝置從額定制熱工況調(diào)整到額定制冷工況累計運(yùn)行3 h 的平均耗電量，單位為W；Q1-負(fù)載空調(diào)器制冷量，單位為W。

2.2.2 額定制熱工況能效比的計算

額定制熱工況能效采用試驗裝置從額定制冷T1 工況調(diào)整到額定高溫制熱工況累計運(yùn)行3 h 的平均耗電量與負(fù)載空調(diào)器制熱量的比值作為計算參數(shù)，用C2表示，按式（2）計算：

式中：C2-額定制熱工況能效比，單位為W/W；E2-試驗裝置從額定制冷工況調(diào)整到額定制熱工況累計運(yùn)行3 h 的平均耗電量，單位為W；Q2-負(fù)載空調(diào)器制熱量，單位為W。

在試驗過程中，需要注意控制室內(nèi)外空氣的狀態(tài)參數(shù)，以避免其對測試結(jié)果的影響。同時，需要考慮測試過程中的不確定因素，如測量儀器的誤差、環(huán)境溫度和濕度的波動等。

3 試驗結(jié)果與分析

通過試驗測試，可以得到不同類型空氣焓值法試驗裝置的能效測試結(jié)果，該方法已在空調(diào)器生產(chǎn)企業(yè)和第三方檢測機(jī)構(gòu)進(jìn)行反復(fù)試驗并得到了驗證。試驗結(jié)果表明，采用本文提出的測試方法可得到較為準(zhǔn)確的能效值。同時，空氣狀態(tài)對測試結(jié)果具有較大影響，需要嚴(yán)格控制空氣的狀態(tài)參數(shù)。此外，測量儀器的誤差也對測試結(jié)果產(chǎn)生一定影響，需要選擇高精度和高穩(wěn)定性的測量儀器。

4 結(jié)論

本文研究了空氣焓值法試驗裝置的能效測試方法，提出了一種可靠的能效測試方法。試驗結(jié)果表明，該方案具有較高的精度和可靠性，可廣泛應(yīng)用于不同類型的空氣焓值法試驗裝置。然而，試驗過程中仍存在一些不確定因素，如環(huán)境溫度和濕度的波動等，對測試結(jié)果產(chǎn)生影響。因此，后續(xù)研究可以進(jìn)一步探討如何減小這些不確定因素的影響，以提高測試結(jié)果的準(zhǔn)確性。同時，對于不同類型和不同規(guī)格的空氣焓值法試驗裝置，可能需要調(diào)整試驗設(shè)備和測試方法。因此，后續(xù)研究可以針對特定試驗設(shè)備進(jìn)行深入探討，以實現(xiàn)更精確的能效測試。