低温与超导第36卷 第8期制冷技术
Refrigerati on Cryo .&Supercond .Vol .36 No .8
收稿日期:2008-06-10
作者简介：王志远，女(1964-)，副教授，研究方向：制冷与空调系统的优化与节能研究。 王志远，徐志亮
(河南科技大学制冷与空调研究所，洛阳471003)
摘要：介绍焓差法试验室测试装置，论述P LC 可编程在焓差法试验室中的应用,P LC 控制制冷系统的策略，采取制冷系统持续运转降温除湿，干球、湿球温度控制仪表分别控制加热器和加湿器功率输出，来调节投入空气中的热量和水份，从而获得所需要的空气温度和湿度。分析焓差法试验室测量精度的影响因素，提出相应的解决措施。 关键词：焓差法；制冷系统;P LC；湿度控制引说
The con trol stra tegy of l abora tory refr i gera ti on syste m for en tha lpy d i fferencejeanette lee
W ang Zhiyuan,Xu Zhiliang
(I nstitute of Refrigerati on and A ir Conditi oning,
Henan University of Science and Technol ogy,Luoyang 471003,China )
Abstract:The test device,p r ogra mmable P LC app licati on and the contr ol strategy of refrigerti on systre m for e m thal py differ 2ence were intr oduced .Keep the refrigerati on syste m run f or the te mperature dr op and dehu m idificati on .The dry ball and wet bulb te mperature gauges were used t o contr ol the power out put of the heater and hu m idifier res petively s o as t o adjust the heat and moisture for air te mperature and hu m idity .The fact ors t o influence the measure ment accuracy were analyzed and the s oluti on was p r ovided .
Keywords:Enthal py difference,Refrigerati on syste m,P LC,Hu m idity contr ol syste m
1 引言
目前测试空调器制冷量的方法有两种：即空
气焓差法和房间型量热计法，其中后者又有标定型和平衡环境型两种形式。焓差法试验室是由室内侧室和室外侧室组成，通过测定试验室温湿度、风量、压力以及电气性能等参数，进行空调器制冷量、制热量及其它各种性能的测试。该装置可对各种窗式、分体式、移动式、普通静压及高静压风管机空调器性能进行试验，还可以用于其它标准工况相关试验及扩展试验，能满足企业新产品的开发和生产抽检使用。
2 测试装置
空气焓差法试验室(图1)主要由实验室外围保温结构、空气调节处理系统、湿度采样系统、风量测量装置、电控系统及计算机测量系统等组成。
(1)实验室外围保温结构
实验室外围保温结构一般由双面钢板、中间
为保温材料的库板拼装而成。其作用是隔阻室内空气与外部环境之间以及室内侧与室外侧之间的热传递，减少冷热量的损失，具有明显的保温节能效果，并且在室内外侧测试室形成相对稳定的温度场，有利于实验的准确性。
(2)空气调节处理系统空气调节处理系统主要由空调室内机、室外冷凝机组、风机、加热器、加湿器等
组成。其作用是对测试室内的空气状态进行调节，以达到我们进行实验所需的工况条件，使测试在一个稳定环境下进行，以准确测试空调器的性能。
(3)温湿度采样系统
温湿度采样系统主要包括：温度采样器、铂电阻、取样风机、温度变送器、温度控制仪表及计算机测量系统等。其作用是采集室内侧干、湿球温度，室外侧干、湿球温度，出风干、湿球温度，被测空调的特殊点温度，利用h -d 图查得空气焓值，进行制冷量计算。
(4)风量测量装置
风量测量装置由受风室、喷嘴、排风室、排风机、压力变送器、变频器、静压控制仪表、连接软管及计算机测量系统等组成。测量空调器的循环风量、通风量、排风量、漏风量等。
受风室置于室内侧，共分为三段：前段有静压测量孔，用来测量静压，被测空调器的送风口与受风室连接，当被测机开始运转时，由于受风室管路的影响，产生风阻，受风室内外产生压力差，即静压P,P 送入控制表，控制表根据P 和设定值(0)之间的偏差自动计算输出量，控制变频器输出频率，变频器控制静压风机转速，平衡风阻P，使被测空调器出风口风阻为零(即静压为零)。中段为空气混合器，使受风室吸入的被测空调器出风充分混合；后段出风温度测量装置，测量被测空调
器出口的干湿球温度。
(5)测控系统
测控系统为用户提供一个方便的测量控制操作平台，它由各种测控仪表、变送器、计算机、开关、指示灯等组成。控制仪表精确的反映当前的运行状态如：电压、电流大小，温湿度地高低，有无正常的信号，并可对当前的工作状态进行调整如改变温度、湿度等，传感器包括温度、湿度、开关量信号、图象等，它将采集到的信号传送到控制台处理；计算机可将一段时间内的实时情况进行保存，可随时查看某个实验并将其参数调出；开关指示灯可对系统的每个部分进行开关控制并给出开关信号
。
图1 焓差法试验室测试装置
Fig .1 Laborat ory testing equi pment for enthal py difference
测试时，被测空调器的蒸发器送风口和室内侧的空气测量装置相接，空气测量装置中的风道
截面尺寸和蒸发器送风口的截面尺寸相同，同时要求空气测量装置具有良好的保温作用，保证漏热量不超过被测空调器制热量的5%。保温应从蒸发器送风口开始，直至测温点为止，其中包括连接风管在内。测试时，冷风经风道而进入接收室，经喷嘴而进入排风室，再由排风室中的排风扇送出。
3 P LC 控制冷系统策略
焓差法试验室是采用平衡调温调湿方式进行空气干球、湿球温度的调节，即制冷系统持续运转降温除湿，干球、湿球温度控制仪表分别控制加热器和加湿器功率输出(图2)，来调节投入空气中的热量和水份，从而获得所需要的空气温湿度。加热系统由电脑PC 、可编程控制器P LC 、电流开关、交流接触器、固态继电器、温控仪表、温度探头及加电热管组成。当PC 发出指令打开加热
开关后,P LC相应的Y输出端输出，驱动接触器的线圈使接触器吸合，接通电到固态继电器SSR。温控
仪表在系统中起接受温度信号和发出脉冲信号两方面的作用。当温控仪表感应到系统中的温度比设定的温度低时，便发出信号驱动固态继电器SSR，使固态继电器到加热管的电源接通，让加热管工作。当系统的温度接近设定值时，通过温控器P I D的调节作用，输出信号减少，从而使加热量减小；当系统的温度低于设定值时，通过温控器P I D的调节作用，输出信号增加，从而使加热量增加。如此循环，达到控制干球温度的目的
。
图2 焓差法试验室制冷系统控制原理
Fig.2 The contr ol p rici p le of laborat ory refrgerati on syste m f or enthal py diffence
焓差法试验室设备运转由可编程P LC控制
器和触摸屏控制，试验运行的数据采集由数据采
集器完成，将采集到的压力、温度、湿度、静压等参
数送到电脑PC中(图3)
。
图3 焓差法试验室数据采集原理
Fig.3 The data acquisiti on p rinci p le in laborat ory f or enthal py diffence
输入与输出：依据控制对象，对可编程控制器P LC的I/O点数及主要内部继电器进行分配[1]。外部输入继电器X，用来采集各个被控对象的报警信号，是开关量输入。分配表见表1。
表1 输入继电器X分配表
Tab.1 X distributi on of input relay
D I号采集信息D I号采集信息D I号采集信息
X0内侧风机转速X1外侧风机转速X2外侧风机报警
X3内侧风机运行X4外侧风机运行X5内侧风机过载窄带钢
X6内侧冷机1报警X7内侧冷机2报警X10静压风机报警
X12外侧冷机1报警X13外侧冷机2报警X14内侧试验室超温
X15外侧试验室超温X16内侧加热器过热X17外侧吹出加热器过热
X20内侧加湿器缺水X21外侧加湿器缺水X22冷却水不足
X23外侧吸入加热投入X24冷却塔、泵X25低温工况
X26外侧吸入加热过热X27外侧温度/湿度转换
外部输出继电器Y，用来控制系统设备中的被控对象，是开关量输出。分配表见表2。
表2 输出继电器Y分配表
Tab.2 Y distributi on of out put relay
DO号驱动对象DO号驱动对象DO号驱动对象
Y0蜂鸣器Y1内侧风机Y2内侧冷机1
Y3内侧冷机2Y4内侧加热Y5内侧加湿
Y6静压风机Y7外侧风机Y10外侧冷机1
Y11外侧冷机2Y12外侧风机低速Y13外侧吹出加热
Y14外侧加湿Y15试验电源Y16低温工况
Y17冷却塔、泵Y20外侧吸入加热Y21内侧冷机1
Y22内侧冷机2Y23外侧冷机1Y24外侧冷机2
Y25除霜Y26备用
主要内部继电器KR，用来接收上位机触摸屏发送来的命令，作为被控对象的启动与制动开关，以此来控制整个测量系统的运行。其接收的也是开关量0或者1。其分配表见表3。
表3 主要内部继电器KR分配表
Tab.3 KR distributi on of main internal relay
内部继电器
KR 开关对象
内部继电器
KR
开关对象
内部继电器
KR
开关对象
KR1内侧风机KR2内侧冷机1KR3内侧冷2 KR4内侧加热KR5内侧加湿KR6静压风机KR7外侧风机KR8外侧冷机1KR9外侧冷2 KR11外侧加热KR12外侧加湿KR13试验电源
焓差法试验室系统启动与停止时，系统中的27个被控对象的启动顺序有所不同。风机连锁冷机、加热、加湿，启动时，冷机与风机先启动，并且只要有一个冷机启动运行，风机就要立即启动，以保证室内的空气流通，然后再启动加热器和加湿器。[2]开启冷机时，按钮按下后，电磁阀即时打开，冷机延时一段时间后启动，以释放系统冷媒。冷机开机延时时间为每次冷机关机至重新启动的时间，起到保护冷机的作用。冷机停止运行时，冷机、加热器和加湿器先停机，然后再停止风机的运行。冷机冷媒回收时间为关机时冷机电磁阀与压缩机关闭的时间差，目的是回收冷媒；冷机冷媒释放时间为开机时冷机电磁阀与压缩机打开的时间差，目的是使冷媒分布到全部管路，避免冷机低
压；风机关机延时，目的是吹出空调柜内的冷量及蒸汽，风机延时运行一段时间后停机，散发电热管
余热，延长电热管寿命。当在启动与制动过程中有报警信号输入时，则立刻停止出现故障被控对象的
运行，以保证系统中被控对象不会被严重损坏。
4 焓差试验室测量精度的影响因素
检索词4.1 湿球温度测量的偏差
(1)湿球纱布的影响
用作湿球纱布的材料最好是柔软、网纹整齐
的纯棉纱布。在使用之前，纱布套必须在蒸馏水中清洗或煮沸使之彻底干净。进行湿球温度测量之前，要严格按照要求包扎湿球纱布，以保证纱布与水分充分进行热湿交换。另外还需要经常更换纱布，保持湿球下方水位正常。浸润湿球纱布的水需使用蒸馏水，而不宜使用饮用桶装纯净水，因为桶装纯净水中含有大量的矿物质，长时间使用后会使得铂电阻温度计的表面生成一层水垢，增大导热热阻，从而影响湿球温度的测量精度。
(2)采样风速的影响
湿球温度的测量必须在适当的吹向湿球的风速下进行，并且，只有在足够长的时间后，湿球蒸发达到平衡，测量才是准确的。采样的风速必须在一定范围之内。合适的风速为3.5m /s ～10m /s，推荐值为5m /s，以保证精确的测量。由图4[3]
(在干球温度27.0℃，湿球温度19.0℃下测量)可知，当风速达到5m /s 以上时，空气焓值随风速变化很小，并趋于稳定。而风速过大时，可能会把湿球纱布吹出，或容易吹干。所以，通常选用5m /s 做推荐采样风速
。
图4 风速对空气焓值的影响
Fig .4 W inds s pead influence on air enthal py
4.2 风量测量的偏差
焓差试验室风量测量装置是通过测量喷嘴前后静压差来计算风量。通过单个喷嘴的体积流量
和质量流量分别按式(1)、
(2)和(3)计算[4];q v =K 2C d A 1000P v V ′n
(1)q m =K 2C d A P v /V ′n (2)V ′n =
P A V n
P n (1+W n )
(3)
式中
q v ———通过单个喷嘴的体积流量,m 3
黑暗的西欧中世纪
/s;q m ———通过单个喷嘴的质量流量,kg/s;K 2———1.414;C d ———喷嘴流量系数;A ———喷嘴面积,m 2
牙科材料
;
P v ———喷嘴前后的静压差或喷嘴喉部的动
压,Pa;
V ′n ———喷嘴进口处的湿空气比容,m 3
/kg;P A ———标准大气压,101.325kPa;P n ———喷嘴进口处的大气压力,kPa;W n ———喷嘴进口处的空气湿度,kg/kg (干);V n ———按喷嘴进口处的干球、湿球温度确定的，在标准大气压下的湿空气比容,m 3
/kg 。设计工业
注：当大气压力与标准大气压偏差不超过3kPa 时，为简化计算可以认为V n 等于V ′n
由公式(1)和(2)可知，喷嘴前后的静压差和空气密度的测量精度直接影响风量的计算。通常使用斜管微压计或补偿式微压计测量静压差[5]
。喷嘴喉部直径对测量精度的影响在整个误差中所占比例较大，因此应尽量选用直径较大的喷嘴。采样器周围的空气密度对风量的测量也有影响，采样点与喷嘴喉部有一定距离，因采样电机所散发的热量等不确定因素，造成采样周围的空气温度发生变化，测得的密度有一定偏差，使得测量风量的结果不准确。在测量热工况时，漏热量会引起取样处的干球温度高于喷嘴处的干球温度，造成密度偏小，风量测量值偏小。反之，在测量冷工况时，漏热量会造成风量测量值偏大。测风量时喷嘴流速应不小于15m /s 且不大于35m /s，超过此范围雷诺数变化会略大，测得的风量也与实际的风量存在偏差。在整个系统流量测量装置中，还需要考虑系统漏风量所引起的测量误差。
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