关于在线空调性能测试系统设计及效益分析

关于在线空调性能测试系统设计及效益分析

屠刚强 谢吉枫

浙江国祥股份有限公司 浙江绍兴 312300

摘要：近年来，我国的现代化建设的发展迅速，水冷冷水空调及地源热泵空调机组是应用广泛的空调设备,从普通家庭到工业生产企业都能发现其身影。生产此类空调设备的厂家较多。经调研发现较多的企业采用手动测试方案,测试时工况稳定速度较慢,需要调校的仪表多,能源消耗大,稳定性低。为了能在家电,工业空调领域扩展业务,结合公司内部团队共同研发了这套在线空调性能测试系统。有助于提高行业测试自动化水平,快速的判断生产设备的制冷性能,控制逻辑,提高测试效率。本项目通过详细的调研,采用了自动化测试方案,通过电气设备自动控制空调测试中的水流量,水流温度等关键参数,软件自动化记录数据,减少人为记录数据产生的误差。在客户场地允许的情况下配备较大的水容器,解决了业内的冷热抵消能源消耗较大问题。

关键词：在线空调；性能测试系统设计；效益分析

引言

制冷空调系统能耗是我国能源消耗的重要组成部分，其能效的提高有利于我国的节能减排大计。性能及可靠性实验对于制冷空调产品能效提升设计的验证非常重要，因此制冷空调产品实验台的建设和使用越来越多。实验台的能耗较大，在目前能源状况较为紧张的形势下，实验台的节能管理和节能改善是建筑节能考虑的问题之一。制冷空调产品性能实验台主要依靠辅助设备模拟产品蒸发和冷凝两端的负载和散热，主要类型有：焓差实验台、水冷式冷水（热泵）机组实验台和风冷式冷水（热泵）机组实验台等。其能耗主要是实验台辅助设备，辅助设备类似于空调系统。研究人员针对空调系统的节能技术研究较多，例如：变频技术在空调中的应用能够使制冷系统节能７０％～８０％；高效换热设备应用于制冷系统能够使系统效率提升２０％～３０％；太阳能制冷技术及蓄冷技术可降低建筑环境中的制冷系统能耗约３０％。

1节能管理建议

１）确定合适、可靠和便于计量的电能消耗指标，并将实验室按照一定的形式进行分类，综合分析不同类别实验室的电能消耗指数。根据历史统计数据制定合理的限定值，例如：以年度电能消耗指数作为限定值，监控各个实验台的月度电能消耗指数，一旦超出，发出“告警”通知并采取改善措施，力保每个实验台年度电能消耗指数在限定范围内，实现节能目标。２）焓差实验台的电能消耗指数最高，水冷式冷水（热泵）机组实验台的电能消耗指数最低。其原因在于，这２类实验台对于制冷空调产品性能测试工况控制采用的方式不同，水冷式冷水（热泵）机组实验台采用“兑水”的方式对冷、热环境端进行能量交换，实现了冷环境中没有冷源的供给和热源的输入。因此，改善实验台的控制方式，并利用制冷空调产品性能测试所需要的冷、热环境端的特点进行能量的“兑换”，将会减少单个实验台的电能消耗投入。基于能源的梯级利用原则，多个实验台之间的能源“兑换”可以进一步降低实验室整体的能耗。３）多个焓差实验台的月度电能消耗指数和单个实验台的月度电能消耗指数统计分析显示，电能消耗指数具有明显的“季节性”变化，当环境温度较高时，电能消耗指数相对较高。因此，在环境温度较高的季节可以利用昼夜温差，以夜班测试替代白班，理论上可在一定程度上降低能耗。

2空调性能测试系统设计

针对以上测试问题,本项目对水源,空气源空调(热泵)的性能测试,从简便操作,计算机替代工人判定被测机性能,自动调节工况,高效完成样机测试等方面进行研究。

2.1测试系统架构

测试系统包括上位机、主控机、中间转换单元、通信线路等。为了便于电网及通信网络的布置,采用固定的立式测试工作站方式。(1)主控机与中间转换单元一起构成工作站单元,安装于固定的测试工作台,通过通信线路分别与被测室外机相连,上位机通过工业总线或高速以太网相连。(2)中间转换单元的作用为衔接被测变频空调,具有通信协议转换功能,通过其外接变送器可采集工作电流、工作电压、制冷剂系统压力、出风温度等运行参数。中间转换单元硬件组成为通信电路、被测室外机通信电路、主控芯片及变送器等。(3)主控机提供人机操作界面,操作者可通过单独设置测试参数,发送命令启动生产测试;同时还可以通过人机界面反馈当前测试结果,并提供声光的报警功能。(4)上位机通过工业控制总线或高速以太网与各工作站单元联网,可实现对多台工作站单元集中设置、集中查询及测试。

2.2软件设计

软件主要包括上位机软件、主控机软件、中间转换单元软件。上位机及主控机软件采用模块化设计方式并充分考虑可扩展性,中间转换单元采用基于微控制芯片的嵌入式系统。(1)上位机软件包括现场管理与数据库管理两大类。现场管理包括两种视图:一种模拟视图,指示每个工作站的实际运行状态;另一种是数据视图,指示每个工作站的当前运行参数与测试结果。数据库管理包括测试参数设置、历史数据查询等。用户可通过切换工作方式保证同一时刻各工作站可测试不同类型的变频机,同时在系统有部分故障时仍能进行生产,以满足生产的需要。(2)中间转换单元采用基于微控制芯片的嵌入式系统,控制板硬件设计一个拨码开关可提供编码,用户安装硬件时需按当前测试工位依次拨码,以确定本工作站在整个测控系统中的唯一性。(3)软件的微控制芯片通过通信电路接收,测试命令后进行协议转换,将用户命令转换为对变频空调的控制命令,该命令通过与被测室外机共零线通信电路传输至被测空调室外机;室外机接收后按测试命令进行压缩机运行、四通阀切换、膨胀阀开关、室外风机切换、电磁阀切换等测试动作。另一方面在测试过程的同时,室外机采集系统的实时数据及故障信号,通过通信电路和协议转换模块转换为与主控机通信,同时通过数字电量表、压力表、温度传感器等采集当前运行电流、电压、功率、制冷剂压力、出风口温度等参数,一并打包传送至工作站并在用户界面显示。

3低压控制对空调制热量的影响

对于空调制热而言，系统工作的高压是制热量大小的直接影响因素。系统工作高压越高，意味着室内侧管温和环温的温差越大，在同样风量的情况下，制热量也越大。系统的低压也是制热量影响的非常重要的因素。适当地提高系统工作低压对提高机组的制热量也是有好处的。在名义制热工况下，由于系统压力过低，有些机组会出现结霜的现象。一旦出现轻微的结霜，会极大地降低室外换热器的性能，一方面，风阻变大；另一方面，换热受到影响，霜层会越积越厚直至堵死换热器，此时，室外侧基本无换热，大量的液态冷媒在换热器中无法蒸发，堆积在汽分中，减小了系统的冷媒循环量。结霜对于机组制热性能来说是致命性的，结霜后机组的制热性能会有极大的衰减，一般衰减量会达到20%以上。适当提高系统的低压，使系统低压侧冷媒饱和温度维持在-2℃以上，可以有效地避免室外机结霜，从而维持机组的制热量不衰减。

结语

通过整理、提出的方式认为在制冷空调系统中可以根据分流位置不同，采用四种不同的方法对制冷空调系统实现内部循环过冷。通过建立内部循环过冷系统的热力学模型并模拟计算不同工况下四种内部循环过冷系统表现出的性能差异.

参考文献

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[2]丁波，姚玉平，韦东宾．室内外工况对空调制热性能的影响研究[J]．家电科技，2006，(9)：68—70．

[3]喻首贤,曹小林.R410A变频涡旋房间空调器的仿真研究[J]．家电科技,2007,(2)：53—54．