一种家用空调性能现场测量装置

林 玮 章伟富 倪红华 许亚东 金升潮 章誉骞

（浙江方圆检测集团股份有限公司 杭州 310018）

引言

家用空调器明示性能指标反映制冷系统在实验室特定工况下的运行性能，而由于建筑类型、气象环境、内/外机安装位置、人员操控等诸多可变参数与实验室不同，家用空调产品在用户现场的制冷、制热性能与试验室检测结果存在一定差异，无法真实反映产品在用户使用环境下的实际运行效果，部分现场安装的空调类产品甚至无法满足用户的使用需求,致使产品质量纠纷增多。近几年，涉及用户现场的家用空调产品现场运行能力的鉴定及验收需求日益增加。

目前国际通用的空调性能测量方法有压缩机性能曲线-容积效率法、质量流量计法、空气焓差法[1]。压缩机性能曲线-容积效率法依赖压缩机厂家提供压缩机性能参数，难以实现第三方测量。质量流量计法需安装仪表测试冷媒质量流量，破坏了原有制冷剂管道，且测量成本较高。空气焓差法因能较准确反映空调风量、制冷制热能力、能耗，当前第三方检测机构和企业实验室多采用空气焓差法测量空调系统在标定工况下的空调性能。空气焓差法运用于用户现场测量时容易碰到诸多问题，例如试验装置过大不便携带和现场安装，现场室内/外间的多组传感器线缆布置将影响房间漏热。

针对上述问题，本文设计研发了一款基于空气焓差法且适用于用户现场的家用空调性能测量装置，包括测试系统和电控系统。本装置通过双频无线客户端传输室内/外间信号减少了室内外间室漏热，采用均压管压差计法测量风管处动压代替传统的喷嘴压差法进行风量测试，减小了测量装置的物理尺寸。

1 测试系统

测试系统包括送风管道（含室内送风温湿度传感器、出风静压传感器）、测试段管道（含压差计、引风机）、室外空气取样器（含温/湿度传感器）、室内回风取样器（含温/湿度传感器）、大气压力传感器。

室内回风、室外空气采用如图2所示的空气取样器，取样器的3根竖管上开设有取样口。室内回风取样器距离空调器室内回风口约0.15 m。室外空气取样器位置应不受空调器排出风的影响，可置于距离外机上盖0.15 m处或外机进气口0.15 m处，室内送风温湿度传感器置于送风管道几何中心点。

图1 测试系统示意图

引风机为可调速风机，通过调节引风机转速使得送风管道处的出风静压保持在0±1 Pa，出风口静压测点设置在距离空调出风口为，A、B为家用空调出风口截面尺寸。测试段管道中焊接有如图3所示的均压管（测压十字架），均压管上开有若干检测孔，两架均压管测点间装有压差传感器，测量管内气体动压。

图3 风量测试段

图4 采集参数传输过程

2 电控系统

鉴于用户现场的供电电压波动较大，本装置装有调压器，现场测试前通过调压器调节家用空调的供电电压在（220±2）V。装置通过功率参数仪采集家用空调的输入电压、电流、功率。实时采集的室外温湿度数据通过双频无线客户端传送到室内房间端，协同室内回风温湿度、室内送风温湿度、大气压力、静压、送风管道动压，通过交换机传送数据到上位机，在上位机软件完成空调性能计算，输出家用空调的关键性能参数制冷量、制热量、输入功率、制冷性能系数、制热性能系数。

3 现场测量的仪器设备选型和准确度

现场测量装置的主要参数采集仪型号和设备准确度见表1。

表1 现场测量装置设备选型和仪表准确度

4 空调性能计算软件编制

本文以冷量计算为例，制热量计算可参照制冷量计算公式执行。依据GB/T 7725-2022，房间空调器的制冷量由室内侧决定[2]。

式中：

φ—室内侧测量的总制冷量；

q—空调器室内测点的风量；

ha1—空调器室内侧回风空气焓值；

ha2—空调器室内侧送风空气焓值；

—测点处湿空气比容；

Wn—测点处的空气含湿量。

其中q室内侧点的风量按式（2）计算。

式中：

ε—流量系数，通常取1；

A—室内送风管道测点处的截面积

ΔP—均压管处测得的压差。

其他符号定义见公式（1）。

由于现场检测时送风管道安装的局限性，本文引入漏热量对制冷量进行修正，修正后的公式如下。

式中：

k—漏热系数；

Ta1—室内回风干球温度；

Ta2—室内送风干球温度。

其他符号定义见公式（1）。

式（3）中的漏热系数k受送风管道材料影响，通过GB/T 7725-2022附录D.3.4的标定试验确定具体数值，本文中k取2。ha1、ha2、、 Wn均可通过传感器采集的参数计算得到，相关计算可参考GB/T 7725-2022的附录A、附录D，本文不做展开叙述。

5 试验研究

选取一台市场流通的转速可控型家用房间空调器作比对样机，其明示参数见表2。

表2 某家用空调明示性能参数

分别采用本文研制的空调性能现场测试平台和国家CNAS认可实验室的焓差试验室对该空调进行名义制冷量测试。名义制冷量测试时，按空调器制造商提供的名义制冷压缩机运行频率及其设定方法，设定空调器运行状态，具体测试结果见表3。

表3 空调制冷能力测试结果比较

由表3可知，在室内、外环境都符合标准名义制冷工况要求的情况下，通过本文研制的空调性能现场测量装置测得的制冷量略大于比对实验室设备检测结果，偏差约为1.1 %，而输入功率仅相差0.5 W，制冷性能系数偏差也仅1.0 %。通过上述比对试验，空调性能现场测量装置有较好的测试准确度。

6 用户现场测量时的注意事项

现场测量区别于焓差试验室测量，容易受气候、现场安装等条件影响。采用本文研制的家用空调性能现场测量装置进行现场测量时，应尽量选择无雨雪、无大风的天气，避免雨雪、大风对室外参数采集准确度的影响。室内送风管道需要根据实际空调内机出风口尺寸进行裁制，风道材料选择类似聚苯乙烯挤塑板的保温材料。关注家用空调的输入电压波动，通过调节变压器，维持输入电压在（220±2）V范围内。

7 结论

本文针对当前家用空调现场测量的难题，从焓差测试的基本原理着手，在保证测试精度的前提下着重设备轻便化，设计研发了一套适用于现场测量的焓差测试装置，并采用一台家用空调作为被测样机与对照实验室的焓差试验室进行比对测试，制冷量偏差结果仅约1.1%，输入功率几乎没有偏差，制冷性能系数偏差1.0%，完全满足现场测试要求。最后给出实际现场测量时天气选择、测量设备安装、供电电压波动等注意事项。该家用空调性能装置的研发，有助于推动家用空调现场检测业务，为后续第三方检测机构、生产企业、家庭用户清晰了解现场空调的实际运行状态提供了有利的数据支撑和评价依据。