基于AMCA标准的空气侧经济器风阀密封性能认证测试

谈玉龙，段平森

（特灵科技亚太工程技术中心，江苏太仓215413）

0 引言

空气侧经济器利用室外新风为建筑系统提供免费冷量和通风换气，在美国暖通空调领域中应用广泛。其通常安装在空调系统的室内侧，结构形式多样，主要组件为新风风阀、回风风阀、风阀驱动装置、自动控制模块和过压释放装置[1]，如图1所示。

图1 空气侧经济器的结构示意图

1 风阀密封要求

新风风阀和回风风阀的密封性能是空气侧经济器的一项重要指标。根据风阀密封性能的不同，空气侧经济器分为普通空气侧经济器和低泄漏空气侧经济器。标准ASHRAE 90.1、IECC及Title 24对其风阀的密封性能提出了具体要求：“对于普通空气侧经济器，风阀在1 in.WC（249 Pa）压差时最大漏风量不能超过10 CFM/FT2；对于低泄漏空气侧经济器，最大漏风量不能超过4 CFM/FT2”[2-4]。

2 认证测试要求

按照上述3个标准的要求，风阀应当基于AMCA 511和AMCA 500D标准通过密封认证测试，否则在美国多数地区不允许销售。进行密封性能认证前，通常先在公司内部按照认证测试规则进行测试验证，降低认证失败机率。本文以低泄漏空气侧经济器为例，介绍风阀密封测试的相关内容。

2.1 测试样品

由于空气侧经济器的新风风阀和回风风阀一般为联动设计，并非独立存在，因此在进行风阀密封性能认证测试时，AMCA实验室需要将集成在空气侧经济器装配中的新风风阀和回风风阀分别转化成独立的装配体，并且在正压和负压2种工况下进行测试。

用于认证测试的独立风阀装配，其风阀叶片相对于产品的风阀叶片应当满足空气动力学性能相似的要求，重点关注以下几点[5]：1）风阀叶片相对于框架的位置，以及叶片中心到中心的尺寸保持相同；2）风阀叶片必须具有相同的流线形状，前后边缘的尺寸相同；3）风阀叶片截面轮廓的角度和曲率相同；4）风阀叶片材料厚度偏差导致的风阀通风面积偏差不超过5%；5）风阀叶片上使用相同的密封部件和安装方式；6）风阀框架和叶片的弹性模量无降低；7）风阀叶片运动形式保持一致，如产品为平行式叶片，样品也应当一致；8）风阀叶片的连接方式和安装部件保持一致；9）风阀叶片的侧面密封部件保持一致。

详细要求可查阅标准AMCA 511的3.1.5节。图2为某空气侧经济器装配集成的矩形多叶片风阀转化为独立装配后的结构示意。

图2 集成的矩形多叶片风阀转化为独立装配后的结构示意图

2.2 风阀尺寸

用于认证测试的独立风阀装配应按照AMCA 511标准中第15.1.2.1节的规定来确定尺寸大小[5]，不同的风阀类型有不同的要求。以本文的多叶片矩形风量控制风阀为例，测试样品的尺寸定义规则如下（内尺寸，宽度×高度）：1）12 in×48 in；2）最大宽度×36 in。

上述2个风阀尺寸为可选测试对象，主要用于产品手册发布的风阀宽度范围和对应的密封等级的补充，通常要求其宽度和高度尺寸均在生产（认证）的风阀尺寸范围。其中“最大宽度”为生产的风阀产品的最大宽度值，可取12 in和“最大宽度”之间（包括边界值）的任意宽度值，并且样品的尺寸偏差应当控制在0～0.25 in的范围内。当生产的风阀的单叶片的高度小于上述给定值时，需要根据给定的高度来制作多叶片风阀。下面2个尺寸的风阀样品为密封认证必测对象：1）最小宽度×最大高度（按生产的风阀的最大高度）；2）最大宽度×最大高度（不大于36 in）。

由测试样品的宽度范围和最大高度可确定认证风阀的尺寸范围。根据AMCA 511，在密封等级认证的风阀尺寸范围内增加新的风阀尺寸，只要其设计符合标准中关于空气动力学性能相似的定义（AMCA 511标准中第3.1.5节），可视作已认证。低泄漏空气侧经济器使用的风阀应当包含AMCA授权的密封认证标签，并向ASHARE 90.1、IECC和TITLE 24相关机构提交认证测试结果，否则标准覆盖地区不允许销售。

2.3 转矩设置

空气侧经济器通常使用电动机驱动机构装置来控制风阀叶片的开合。对于密封认证测试的独立风阀装配，AMCA实验室允许对实际产品的驱动设计进行等效转化，如将齿轮/齿条或其他传动方式转化为连杆传动，通过配重块、弹簧或驱动器等方式提供叶片所需的密封转矩。

为风阀叶片提供密封转矩时，应该使用校准过的配重块、弹簧、驱动器或其他施力装置，且叶片的受力位置应与空气侧经济器产品上的风阀保持一致[6]。由于实际产品的风阀应用情况复杂多样，因此通常需要与AMCA实验室沟通确定转化方式。图3为一种经过传动转化后的风阀独立装配，其使用配重块替代电动机在风阀左右两侧通过连杆机构为叶片提供驱动转矩。

3 测试装置和设置

测试装置主要包括风阀驱动装置（如配重块、弹簧等），采压装置（圆管、传感器和数据采集装置等）和风洞（喷嘴、风机等）组成。图4为一种风阀同密封测试装置的连接示意图。其中风阀样品一端用板子密封，并通过直径不小于4 in的圆管与风洞连接。配重块来提供叶片的密封转矩，配重块的大小根据力臂和实际产品的转矩来确定。风洞主要包括喷嘴和风机，用于提供测试的风量和风压。由于空气侧经济器要求风阀在正负风压下均满足密封要求，因此设备应当能够提供正负风压（±249 Pa压差）。

图3 一种转化后的风阀独立装配和驱动示意图

图4 一种风阀同密封测试装置的连接示意图

3.1 测试风管要求

测试风管将风阀与风洞进行连接，采压点的布置需要遵循AMCA 500D的要求。测试风管的材料可选用木材或者铝塑板等，具备良好的密封性，并确保其强度能够承受测试时产生的正负压力。测试风管的横截面可根据实际需要制作成圆形或者矩形，其中圆形截面的直径M和矩形截面的长a、宽b存在如下等效关系（如图5）：

根据AMCA 500D所述，测试风管截面积的大小遵循如下要求[6]：1）风阀在正压下测试时（测试风管内为正压），风管的截面积为被测风阀面积的3倍或3倍以上；2）风阀在负压下测试时（测试风管内为负压），风管的截面积为被测风阀面积的15倍或15倍以上。

图5 测试风管截面等效示意图

3.2 采压点布置

风阀密封测试时的采压点通常为4个，均布于测试风管的4个面（方向），数据采集时取平均值。根据标准AMCA 500D的要求，测试风管上的采压点所在的横截面距离被测风阀的距离均为（3±0.25）in（如图4）[6]。

3.3 数据采集

测试时，可调节风洞装置使压差值大致分别为0.9、1.0、1.1 in.WC，并采集对应压差值的漏风量。根据测试数据绘制压力和漏风量的曲线，利用插值等方式可得到1.0 in.WC压差时对应的漏风量。

4 结论

风阀密封性能是空气侧经济器的一项重要指标，需要在AMCA实验室通过密封性能认证并提交数据给IECC和TITLE 24的相关机构后方可用于销售。为了能顺利通过认证，企业通常先按照认证测试要求进行内部验证，然后再送到AMCA实验室进行认证测试。开发产品时，我们应当熟悉风阀基于AMCA标准的密封认证测试的要求、方法、规则和要点。关于低泄漏空气侧经济器的风阀的密封性能认证，需要注意：1）风阀装配需要在正负两种风压下均满足密封性能要求；2）使用转化后的独立装配进行测试，而非直接使用空气侧经济器装配；3）可将复杂的传动（如齿轮/齿条传动）转化成等效的连杆传动等形式；4）可使用校准过的配重块、弹簧、驱动器或其他装置来为风阀叶片提供等效的驱动转矩；5）若新增加的风阀在已通过密封等级认证的风阀尺寸规格范围内，只要设计符合标准AMCA 511中关于空气动力学相似的定义，均可视作已认证。