AHRI 1350—2014《组合式空调箱体性能》解读

2021-07-05杨弋石竹青李芳李亚运李宏哲马金平薛桥生

制冷技术 2021年2期

杨弋，石竹青，李芳，李亚运，李宏哲，马金平，薛桥生

（1-合肥通用机械研究院有限公司，安徽合肥 230031；2-AHRI亚太地区，安徽合肥 230031）

0 引言

随着中国经济的稳步增长，国内的冷冻空调设备正迅速走向国际化，产品的国际认证越来越受到关注。如今各类大型、高层民用建筑大量建造，空调系统的运用必不可少[1-2]。组合式空调机组是中央空调系统中的关键设备之一，它由各种空气处理功能段组装而成，具有送风、冷却、加热、加湿、空气净化、消声等多种功能，并通过对空气进行温湿度与风量调节，从而改变空气的状态[3-4]。组合式空调除了对空气参数具有良好的控制性能外，由于各功能段可根据用途实现自由组合，便于空调系统方案的改造，且维修便利，因而获得广泛应用[5-6]。随着组合式空调的普及，近年来，已有众多国内外学者针对组空的运行特性和优化控制等展开研究。如沈国民等[7]对组空控制系统进行仿真研究并设计出一种模糊自整定控制器。范波等[8]通过对组空启动时间优化控制策略，从而减少了空调系统运行能耗。SEO等[9]对组空在商业建筑中制冷能耗方面展开模拟分析探讨。也有学者[10-11]对空调末端进行模拟分析，对其舒适性展开研究。除了从组空运行参数进行优化，组合式空调的箱体自身性能，如机械性能、热性能、泄漏率和噪声等，也尤为重要。曹阳[12]通过解读欧标EN 1886—2007和中国标准GB/T 14294—2008中组合式空调的箱体的性能要求，分析了两者的异同点。石宇立等[13]就组空的噪声以及漏风率问题，对机组设计提出优化方案。对于出口北美地区的组合式空调机组认证，美国空调供暖和制冷工业协会AHRI推出一系列标准，规定了产品设计遵循的原则以及认证测试要求。

1 组合式空调AHRI认证形式

美国AHRI认证以组合式空调产品标准作为认证依据，通过对机组进行性能认证来证实选型软件与实际产品性能的差异，并及时修正选型软件的偏差，从而保证产品设计的性能参数一致性。但由于组合式空调结构和功能段有着千变万化的搭配种类，无法针对每一个组合和每一个工况进行测试以确认其整机性能，所以AHRI采用独立标准分别评价的方法进行测试和认证。

1）标准AHRI 410—2001《强制通风空气冷热盘管》[14]：该标准用于评价供冷和供热盘管的换热性能，空气侧压降和水侧压降。采用选型软件，任意盘管组合，任意工况选型（风量，空气侧干湿球温度，进出水温度），然后通过测试验证全工况选型的符合性。如果测试满足要求，那么在组合式空调结构形式确认后，其配置的盘管任意工况选型的结果都会被确认符合要求。

2）标准AHRI 430—2014《组合式空调风机性能》[15]：该标准用于评价安装在实际的组合式空调中风机的性能。以任意组合选型的方式进行，在任意给定静压和风量下，测试风机的转速和轴功率。新的改版标准将会增加输入功率和送风量的测试部分，该标准已在2020年中期发布。

3）标准AHRI 1350—2014《组合式空调箱体性能》[16]：该标准用于评价组合式空调箱体性能。对箱体的传热系数、热桥系数、空气泄漏率和箱体变形量进行测试。标准要求在箱体机械性能测试时选择实际样品（箱体、盘管和风机等组件），尽量通过合理的测试方法获得接近于实际应用的性能。

现行的AHRI 1350发布于2014年，并在2015年9月进行了首次增补。标准对产品分类等级进行了划分，设计人员可通过箱体的等级直接识别机组特性。本文将对该标准中的关键技术问题进行分析，以帮助读者理解标准，掌握AHRI测试的关键。

2 AHRI 1350箱体性能标准关键点

2.1 箱体模型的选择

AHRI 1350标准规定空调箱体的测试需要基于实际样品进行，包括箱体、盘管和风机等部件（如图1所示），以满足多个功能段的实现[17]。相比较欧标EN 1886—2007《建筑通风-组合式空调机械性能》[18]中使用的模型箱体，包括门体和箱体（如图2所示），主要基于如下两点考虑：

图1 实际样品

图2 模型箱体

1）箱体变形的薄弱点位置选择。模型箱体内部没有任何支撑，其薄弱点通常在没有支撑的大面面板，所以模型箱体的评价只能描述面板等相关结构的承压性，其评价结果与设备的实际应用会产生一定的偏移。因为实际样品包含盘管和风机，所以薄弱点会发生偏移。即使是大面板，因为有盘管段的支撑，或者是风机段的支撑，所以薄弱点会转移到远端如出无支撑的风口处。

2）漏风率和漏热系数的评判。箱体的漏风取决于产品的结构形式，正压和负压的产品又影响门的设计。由于模型箱体不涉及到实际样品相似的结构形式，因此保证好的漏风率相对实现容易。但实际样品包括盘管段外接连接和风机段支撑段的设计，不可避免会带来漏风量的增加，实际评价的漏风等级也相对较低。同样，漏风率影响漏热量，漏风率越高，漏热越明显。

2.2 箱体变形测试

箱体变形测试设置负压式组合式空调、正压式组合式空调和带正压室和负压室组合式空调，如图3所示。考虑到组合式空调除了应用在机场和商场等公共场所，还应用在制药、医院和电子工厂等洁净要求比较高的场合，尤其是药品冷库对温湿度的要求更为严苛[19-20]。传统的-400 Pa和+700 Pa压力设计已经不能满足电子工厂和药厂等的需求，因为承压越高，箱体变形量增加，同时变形点发生偏移，从而导致选型的产品与最终使用的效果差异比较大。所以标准在机组承压和漏风测量部分提供了多个静压的选项，测试箱体变形的测试压力分为±1,000 Pa、±1,500 Pa、±2,000 Pa和±2,500 Pa。

图3 组合式空调变形测试设置

此外，AHRI 1350设计时还考虑到一类介于风机盘管和组合式空调之间的高静压机组，其功能偏重于组合式空调，有过滤段等基本功能，但又没有组合式空调的其他特殊的设计功能，所以这类产品的测试压力为250 Pa。

2.3 箱体漏热和热桥因子测试

2.3.1 箱体漏热和热桥因子的温度布点

箱体热性能和热桥因子测试需要满足如下工况要求，并按照图4进行内部温度布点。图5所示为额外温度布点。如果温度点之间大于1.2 m，设置额外增加点。温度区间1为进风口后，区间2为盘管前，区间3为盘管后，区间4位出风口前。箱体周围温度为16～32 ℃；箱体内部和外部温差：17～22 ℃；箱体周围风速小于0.5 m/s（距离箱体30 cm）；箱体内部循环风速区间为(1.8±0.25) m/s。

图4 箱体内部截面温度布点

图5 箱体额外温度布点

2.3.2 箱体漏热和热桥因子的测试要点

漏热测试需要在箱体内部增加额外的循环风机，在模拟机组的实际运行状态下进行漏热测试。迎面风速设置为1.8 m/s，辅助风机风量的设计根据迎风面积进行计算。增加内循环风量设计的测试会增加漏热量，如果机组的结构设计导致漏风增强，或者机组的箱体绝热性能不强，那么在内循环风机的运行下，机组的漏热和热桥因子等级都发生改变。

在测试时需要注意温度场的均匀性，使箱体各面的漏热均匀分布，以确保漏热性能评估的准确性，通过热桥因子的测量可以发现箱体设计最薄弱的部分。AHRI 1350漏热测试需要保证箱体内部布置的所有温度点满足如下要求：1）箱体内部和外部的温差不得低于17 ℃，但内部不得高于50 ℃；2）箱体内部和外部的每个单点温度和平均温度的偏差不得超过1.7 ℃；

单纯的基于温差和换热面积来进行评估的，忽略温差建立时其箱体内部场均匀性会导致传热系数偏离。根据理论模型分析结果，如图6所示，箱体顶板的温差最大，而底部的温差较小，传热不均。

图6 温度场模型

3 AHRI箱体等级

3.1 箱体变形等级

标准对箱体的变形、漏风、漏热及热桥因子的等级重新进行了定义。

通过箱体的承压能力规定对应的箱体等级，如CD4的承压是1,000 Pa，而CD1的承压为2,500 Pa。为了避免不同厚度及不同结构的产品，用同一等级的描述测试，便于设计人员的选型。箱体变形等级如表1所示。

表1 箱体变形等级

3.2 箱体的漏风等级

箱体漏风等级的测试需要在制造商规定的箱体承压下进行（正压和负压），如制造商样本中描述的承压是2,500 Pa，那么漏风测试施加的压力即为2,500 Pa，避免用同一静压进行测试而造成无法识别不同箱体的设计和等级，箱体漏风等级如表2所示，以10 m2为参考值的等级。

表2 箱体漏风等级

箱体的漏风等级计算见式(1)[1]，通过实际测试压力，将实际漏风率转换成箱体的漏风率，参照表2最大漏风率进行评级。漏风等级趋势如图7所示。

图7 漏风等级趋势

式中，CL为箱体漏风率，L/s；CLm为实际漏风率，L/s；pm为测试压力，Pa；pr为参考压力，取值100,250 Pa。

3.3 箱体漏热等级

在箱体漏热等级计算中引入了不带漏风传热系数U的计算。实际漏热测试是在实际样品和可能的漏风状态下进行的，根据此测试结果，并结合箱体的漏风数值进行推算不带漏风的传热系数U，箱体漏热将对漏风和不漏风这两种情况下分别评级，等级如表3所示。

表3 箱体漏热等级

3.4 箱体热桥因子等级

若宣称热桥因子等级为CB0，那么包括螺钉（含垫圈）和紧固件等关键位置都要进行测量。对于等级CB1至CB5的产品，若螺钉（含垫圈）和紧固件的总的表面积小于组合式空调表面积的1%，那么这些测点排除在外，但是，任何一个表面积超过1.6 cm2厘米的螺钉（含垫圈）和紧固件都必须参与测点位置选择。箱体热桥因子等级见表4，计算公式为：