多联机冷凝风量的现场测试研究
引言
为应对地域特征、建筑功能、安装水平、室外气象、机组的开启率等因素对实际建筑冷负荷的影响，多联机普遍采用变容量调节技术，如变制冷剂流量的压缩机、变风量的变速冷凝风扇和电子膨胀阀等以改善机组部分负荷性能和季节能效比。同时多联机也是一类结构复杂、系统庞大、内部参数耦合、边界条件多样的复杂制冷系统，其性能是多维的、动态的，但该性能在实际应用中如何，仅有实验室结果并不充分，需要现场测试验证。
变速冷凝风扇的风量大且不断的变化，是多联机现场测试中的难题，也是采用空气焓差法测试机组制冷量和冷凝热量的重要内容。变速风扇冷凝风量采用无级变速电动机，能够根据机组负荷自动调节风量以实现与机组负荷的匹配，其准确的风量值难以获得：采用精密仪器测量不满足现场测试及用户要求，在传统测试方法的基础上进行改进仍不失为一种较理想的选择。近年来测试变速风扇风量的研究不少，但多限于实验室内，变风量系统的现场测定方法目前并不成熟,测试装置主要有三种：风量收集罩+变频风机，精度高，为国家标准采纳，用于焓差实验室，但体积庞大、条件苛刻，不适于现场测试;风量罩，如美国TSI公司的ACCUBALANCE 8373等产品，精度满足工程要求，常用于较小风量测定，量程小(一般不大于5000 m3/h)，不满足实测多联机12000 m3/h的容量要求;使用风速仪测多点风速得平均风速的方法，受风口流速分布规则与否影响大，精度低，测试方便，常用于调试安装等场合。
本文在平均风速法基础上，通过实验对比和分析提出一种风量现场测试方法：将风口划分为多个微圆环，求其风量然后累加得到整个风口风量。结果表明：该方法的精度较以往的平均风速法有了很大的提高，可以用于变风量系统的测定。
测试方案
空调机组在一定工况下的性能测定，可利用基于空气焓差法[10]原理进行：从空气侧测试通过换热器的空气流量及送、回风参数，按照式(1)计算得到在该处理过程中室内机的制冷量。冷凝热量与制冷量的计算方法相似，限于篇幅不再赘述。
(1)
式中：Q0—室内侧测量的制冷量，W;
qv—空调室内测点的风量，m3/s;
ha1,ha2—进口测点1、出口测点2处空气焓值，J/(kg·K);
v—测点处湿空气比容，m3/kg;
d—测点处空气湿度，g/kg(干)。
测试对象为一套某品牌GMV-R620W4/A多联机，该机组共携带16台室内机，如图1所示，安装于武汉某门诊大楼二楼各治疗室。空调系统按照要求连接安装，同时、分别测试室外机、各台室内机的送风参数、回风参数以及循环风量，求得各室内、室外机的制冷量和冷凝热量。同时测得机组同一工况下功耗，即可求得机组的运行性能;另一方面也可根据能量守恒定律验证制冷量、功耗和散热量的正确性。
图 1 多联机制冷系统图
冷凝风量的测定
由于天气、空调区域的人员设备、室内机组的开启数等因素对多联机的冷负荷影响大，当其中一种或多种因素改变时会导致建筑冷负荷变化，从而引起冷凝风量的改变。因此当机组工况变化小时，测得的风量值较为准确;而在比较稳定的工况下，将测试限制在较短的时间内(3～5分钟)，则可保证测试工况相同。
冷凝风量测定是现场测量的主要内容和难点。室外机冷凝风出风口有2个,如图2所示，尺寸相同,均为环形,外圆、内圆直径分别为0.67m、0.24m, 2个风口面积共0.615m2，额定风量为24000m3/h;采用0%～100%的无极变速风扇，会随负荷变化而改变，难以获得风量的精确值，而用庞大的风量收集装置进行现场测试，是不现实的。在使用常规多参数通风表测定风速的基础上，本文分别采用不同的测点选取方法和计算方法,以比较各自的精度。
图 2 多联机室外机出风口
图 3出风口测点分布图
风口微圆环划分
由于风口尺寸较大，且流速分布不均匀，因此分别采用两种微圆环划分方式，以对比其精度。在出风口径向上从内环开始，由里到外均匀划分微圆环：
1)将风口划分为17个微圆环，如图3所示;
2)将风口划分为5个微圆环。
按照微圆环划分方式一、二分别测定出风口的速度、温度，结果见室外机出口风速分布、室外机出口温度分布。由风速分布曲线图4可以看出： 17个测点与5个测点所得的风速分布曲线变化趋势是基本一致的，即风速在径向上基本上是线性增加的，这也是平均风速法精度低的根本原因，另外二种划分方法相差较小：平均值绝对误差为0.176m/s，相对误差为2.67%;因此5个测点与17个测点相比精度差别小，满足现场测试的简便快捷要求;从出风口出风温度曲线图5可以看出：17个测点与5个测点的温度基本保持不变，除17个测 点时的第1个测点外两条曲线比较吻合，平均值绝对误差为0.45℃，相对误差为1.11%。因此5个测点即可实现17个测点所能够达到的精度，满足现场测试的简便要求。
图 4 室外机出口风速分布
图 5 室外机出口温度分布
测试结果的处理
风量的计算方法有平均风速法和微圆环法。针对不同的微圆环划分方法，分别采用两种计算方法求风量则有四种计算结果：
方法一：17个测点的平均风速与风口面积相乘;
方法二：5个测点的平均风速与风口面积相乘;
方法三：将风口均匀的划分为17个圆环，其面积与17个测点风速相乘;
方法四：将风口均匀的划分为5个圆环，其面积与5个测点风速相乘。
另外，所测机组由一台变容量压缩机和三台相同的定容量压缩机构成，变容量压缩机
表1 风口风量计算方法比较
风量计算方法一方法二方法三方法四负荷估算
计算公式负荷与风量的负荷率相同
风量(m3/s)4.03434.27512.217752.31394≤3.3333
式中，A表示风口面积，Ai、vi表示圆环的面积和相应的风速;
100%负荷时与其他三台的制冷量相同，为15.2kW，现场测试时一台变容量压缩机和一台定容量压缩机工作;根据变容量调节空调系统原理，冷凝风扇风量是与压缩机负荷呈对应关系的，所以可以推断机组的风量最大不大于额定风量的二分之一，即不大于3.3333 m3/s。
对不同的风量计算方法进行比较，得到表1数据，从中可以看出：无论采取哪种风口划分方法或计算方法，由5个测点、17个测点计算的风量值差别不大，这间接的验证了测点选取方法是合理的;而采用平均风速计算法(方法一、方法二)、将风口划分为多个圆环的计算方法(方法三、方法四)的差别则比较大：前者是后者的近2倍左右，且更为接近满负荷时的情况;根据运行压缩机数目的估计值，计算结果应小于额定风量的一半，微圆环划分的计算结果是更接近实际值的，而5个圆环满足精度要求、又简便宜行，所以实际计算中采用将风口划分为5个圆环进行累加的计算法，所测工况下的风量为2.3139 m3/s，其精度较相同数目测点的平均风速法提高了45.8%。
风口温度分布的均匀性
室外机机组的两个冷凝风出风口尺寸相同，一般分析将二者等同处理，即假设相同出风口的温度、流速的分布和流量是一致的，冷凝器各处进风温度也相同，测试其一，乘以相应的风口数则为总风量值，作者对此进行了实测验证。
室外机冷凝风送风温度分布均匀性的确定
在出风口径向上从里到外均匀选取了5个点，采用两个热电偶同时分别测量两个风口的出风温度，测点分布如图6所示，将测试结果绘制成曲线，如图7所示。从出风口温度分布曲线可知，两个出风口温度差别不大，最大相差1℃，平均值则相差0.56℃，考虑到机组压缩机、风扇之间控制策略的搭配关系及朝向等的影响，可以认为两个出风口温度分布基本上是均匀的。
图 6 出风口测点分布 图 7 两个出风口温度分布图
室外机冷凝风回风温度分布均匀性的确定
对于回风口，采用两个热电偶分别在冷凝器表面四个不同的位置测量，测量值见表2 冷凝风回风温度分布，显然各处的回风参数是非常一致的。
表2 冷凝风回风温度分布
测点1234
温度(℃)33.433.733.633.2
结论
结论：
1) 对于变速风扇冷凝风量的测定，应选择工况稳定时进行，其中测试时间短(不多于5分钟)、室外温度变化不大和室内负荷基本不变，是保持工况稳定的主要措施;
2) 对于风量变化且流速分布不规则的风口，风量的现场测试和计算宜采用微圆环划分方法，将风口截面划分为多个圆环，各个圆环的风量累加得到总风量;
3) 微圆环划分方法与平均风速法相比，测点数相同，但精度比后者有较大幅度的提高;与风量收集罩+变频风机相比，简便宜行，精度较低。这种微元环划分方法的处理和计算是一种空调机组安装、调试简便宜行的测试方法，可以用于多联机系统及变风量风扇的测定，为国家正在制定的多联机安装技术标准提供了积极的参考意义。
