焓差实验室点检关键部位对能效准确度的影响分析

李斌诚

（威凯检测技术有限公司 广州 510663）

引言

一直以来大型设备的管理是国内外企业生产经营活动不可或缺的部分，而大型设备的管理体系中设备点检又是重中之重。所谓设备点检[5]，是按照一定的标准和一定的周期对设备规定的部位进行对应的检查，以便于尽早发现设备的故障或隐患，然后及时加以修正或调整，使得设备持续保持其规定的功能。设备点检是从20世纪80年代开始，由工业先进国家引入到中国的，目前已得到广泛的应用，为完善和发展中国的企业设备管理体系提供了一种切实可靠的方法。点检应用到焓差实验室后，除了具备一般设备点检的功能以外，更注重于测试的稳定性和对测试结果准确度的提升。

如何进行高效的焓差实验室点检，有效地提升焓差实验室能效测试的准确度是我们设备管理工作者不断探索的课题。这种能够提升能效准确度的点检方法研究应用到生产和实践中，经历了认知—应用—再认知—再应用的过程，使得国内先进的企业、科研单位、第三方检测机构等建立焓差实验室先进的点检机制势在必行。因此，对焓差实验室先进的点检方法进行分析研究，提升焓差实验室能效准确度的研究在这里就“呼之欲出”了。

1 焓差实验室点检的主要内容

通常焓差实验室的点检包括表1的内容。

首先，我们分析一下不同点检部位的区别：表1中1-7点检部位属于实验室运行的基本保障类，这类点检是为了保证实验室无故障运行；8-10点检部位则属于测量装置类，更偏向于确保实验室能效测试的准确度。下面我们将着重分析这些对能效准确的影响较大的点检部位，我们如何明确点检部位的项目和内容，同时对这些点检部位对应的各个测量量进行误差分析。

2 建立数学模型并分析能效测试中误差的主要来源

从定义出发，空调的能效（又称能效比），通常是指额定制冷量与额定消耗功率的比值。这里面牵扯到一个直接测量[4]量（功率）和一个间接测量[4]量（制冷量）。作为直接测量量，功率可以由点检部位中的功率测量系统直接得出，人为操作空间较小，故功率的误差主要来源是测量设备的误差。下面我们重点探讨制冷量的误差来源，使用焓差法来测量空调器的制冷量是指通过测量空调器室内机的进、出口空气焓值之差以及吹出风量来计算确定空调器的制冷能力。根据相关标准，制冷量的定义为：空调器在额定工况和规定条件下进行制冷运行时，单位时间内从密闭空间、房间或区域内除去的热量总和，单位：W。结合GB/T 7725-2004《房间空气调节器》[1]建立制冷量数学模型，见式（1）。其中焓值和风量的测量都属间接测量量,是通过温度、压力、长度等直接测量量按公式计算而得。

式中：

Φtci—空调器室内侧总制冷量，W；

qmi—空调器室内测点的风量，m3/s；

ha1—空调器室内回风空气焓值，J/kg；

ha2—空调器室内送风空气焓值，J/kg

V＇n—喷嘴处空气比容，m3/kg；

Wn—喷嘴处的含湿量，kg/kg（干）。

表1 焓差实验室点检内容

根据式1中各个相关输入量的物理意义，建立各个输入量的数学模型，如下：

式中：

Pv—喷嘴前后静压差，Pa；

ta1—室内测回风温度，℃；

ta2—室内测送风温度，℃；

Pq—空气中水蒸汽分压力，Pa；

Ta—喷嘴进口处空气干球温度，K；

Cd—喷嘴流量系数；

Vn—在标准大气压下喷嘴处空气比容，m3/kg；

A —喷嘴面积，m2；

B —大气压，Pa；

Ts—喷嘴进口处空气湿球温度，K；

Pqd—干球温度下的饱和水蒸汽分压力，Pa；

u —流经湿球温度计纱布的空气流速，m/s。

由以上数学模型[2]分析归类可得表2。

表2 误差来源与类型

3 空气采样装置的点检分析

3.1 点检铂电阻

参照JJF（机械）076-2010《焓差实验室校准规范》[3]的方法，使用标准铂电阻进行比对，利用恒温槽检查并校准空气采集装置中的铂电阻。

点检顺序应先由0 ℃点开始，再分别向上限值或下限值±5 ℃逐点进行；每个点检温度均参考以下步骤：调节恒温槽，使恒温槽内的温度接近某一校准温度点，把标准铂电阻温度计和空气采集装置中的铂电阻一起插进恒温槽里面，当恒温槽内温度达到规定的校准点的温度，并且达到稳定状态，读取标准铂电阻显示的温度和空气采集装置中的铂电阻的显示值（见图1）；每个测试点读数三次，计算其平均值。

图1 铂电阻点检原理

从以上的点检方法可以看出，为减少铂电阻本身量具因素产生的误差，我们在点检中参考了校准规范去用精度更高的量具进行比对，甚至比对不同温度点的数量多于校准规范的要求，利用更多的比对温度点去调整铂电阻的修正公式。

最后，根据点检结果利用焓差实验室的软件修正公式进行修正，使得铂电阻的最大允许误差为±0.05 ℃。参考表3的实测数据可知，修正后的结果使得室内出风干球温度与标准铂电阻的偏差可控制在±0.03 ℃以内，可以达到比校准规范要求更高。

3.2 采样器风速的确认

通常空气采样器的湿球温度测量需要在合适的风速下进行，所以必须将采样器的风速控制在一定的范围内。根据GB/T 7725-2004[1]要求流过湿球温度计的气流速度不小于5 m/s。

采用通过校准的风速仪测量湿球铂电阻所在位置的风速，以风速仪的风速传感器探头居于温度测量器内距离底部约20 mm为宜（见图2）。每个点重复测量三次，计算其平均值。

根据点检结果先考虑检查采样管是否畅通，排除堵塞的异物，然后调整采样器进气孔数量（通常使用布基胶布封堵），如图3所示，从而使得风速控制在5 m/s，太小不符合标准要求，太大则容易使湿球纱布水分蒸发过快，水杯频繁补水，不利于实验室的长时间运行。

3.3 采样装置综合检查

综合检查主要是检查或发现采样器中其他影响测试准确度的因数。

湿球纱布问题：湿球温度测量前，需要严格按照要求来包裹湿球纱布，以保证湿球纱布与水分可以充分进行热湿交换。检查湿球下方的蒸馏水的水位正常，通常以浸泡纱布15～20 mm为宜。

检查铂电阻表面情况：一般长时间使用后，铂电阻的表面会生成一层水垢，从而增大了导热热阻，直接影响了湿球温度的测量精度。

影响采样装置测量偏差的情况还有：采样空调器室内出风的采样器电机发热对受风室内的空气产生了再热，再加上采样电机的排风口与采样装置（采样耙）距离较近，使的被测空调器出风空气参数发生变化。采样电机出风口处应增加一段出风延长管道，从而减少对采样空气的影响。

表3 铂电阻修正前后对比

图2 风速传感器位置指示

图3 采样器进气孔示意图

4 风量测量装置的点检分析

4.1 喷嘴装置的气密性

1）封闭受风室开口，封闭喷嘴室所有喷嘴。

2）开启静压风机，手动控制静压控制表输出，使得喷嘴差压达到900 Pa以上，记录受风室静压。

3）受风室静压不低于-2 Pa则通过该项测试。

4.2 受风室密性

1）封闭受风室开口，开启φ25 mm喷嘴。

2）开启静压风机，手动控制静压风机转速，当静压值达到-50 Pa以下，记录喷嘴差压值。

3）最大漏风量与试验室最大测量风量之比不大于0.5 %则通过该项测试。

4.3 通风试验

1）回风叉排置于受风室前开口，控制试验室内工况稳定。

2）全开喷嘴，开启静压风机，手动控制静压风机转速，使得风量达到最大风量80 %左右。

3）回风温湿度及出风温湿度曲线拉平后，观察回风干湿球温度与出风干湿球温度，偏差要求在±0.1 ℃内。

4）达不到第3）条，检查铂电阻一致性、温度测量器，以及检查试验室内空气温度均匀性。

4.4 压力变送器

首先进行压力变送器的气管检查，解决开裂、老化、压褶等问题；然后进行调零，把压力变送器两端的气管短接，根据读数调整压力变送器表头处的调零装置即可；最后如图4所示在进气管处外接一个三通接头，并利用压力发生器和压力标准器进行压力变送器的比对校准试验。点检的顺序应先从0 Pa开始，再分别向上限值或下限值±50 Pa逐点进行。

图4 压力变送器点检示意图

本章节主要是针对直接测量量的点检方法进行探讨，通过4.1、4.2的点检方法验证装置本身的气密性，排除由于实验室装置结构的气密性原因导致的测量的误差变大；然后再通过4.3、4.4的点检方式进一步减少由于铂电阻或压力传感器这种设备本身产生的误差，从而使得测量结果更准确有效。这也从侧面验证了直接测量量对于测量结果准确度的重要性，我们可以通过对存在直接测量量的实验室关键部位进行更深层次的点检来提高能效测试的准确度。

5 结语

本文从点检内容到点检关键部位的确认，再到对关键部位点检的方法及误差分析，可以得出焓差实验室关键部位的点检能够有效地提升焓差实验室能效测试的准确度。对实验室点检人员或管理人员来说，本课题的一些观点也可以为改进焓差实验室的点检工作的研究提供大概方向，整体上要从直接测量量入手，找出可能产生最大误差的关键部位，从而改进点检方法或点检的设备。本文提出的课题理论角度偏小，但同时具有一定的创新性，为后期对焓差实验室中关键设备或方法进行优化提供了一定的参考。