高温行车空调热工性能实验室中空气测量装置设计

摘要：根据高温行车空调器热工性能测试的特殊要求，提出了一套适用于空气焓值法实验系统的空气取样及测量装置设计方法，着重讨论了取样风机、温湿度测量箱、空气接收混合箱和循环风量测量箱的设计问题。该方法在提高特种空调热工性能测试精度方面作了一些尝试。

关键词：行车空调 空气焓值法 取样风机 空气混合箱 流量箱

0 前言 在冶金企业的炼钢、焦化、初轧、炼铁等工厂中，通常采用高温行车空调对高温车间行车操纵室进行局部空气调节，以改善操作人员的工作条件，提高劳动效率。高温行车空调的工作环境比较恶劣，具有环境温度高、空气污染较为严重、行车运行时振动大等特点。环境温度可达45℃，甚至达到60℃以上，这些都对空调器的性能和可靠性提出了更高要求。因此，有必要建立高温行车空调专用的热工性能实验室，根据相关标准的要求对其各项性能指标进行严格测试，以达到优化产品质量，提高竞争力的目的[1～3]。

空气焓值法实验装置主要由绝热库房，空气再处理装置，空气取样装置，空气接受混合装置，风量测量装置及电气控制等部分组成。高温行车空调作为特种空调的一种，目前我国尚无专门的测试规范。根据一些生产厂家的技术资料，行车室内的空气干球温度一般取28～30 ℃。且根据文献[4]，本文采用空气焓值法测定高温行车空调的制冷量，着重探讨空气取样测量装置的设计方法，通过对取样风机、温湿度测量箱、空气接收混合箱和循环风量测量箱的合理设计，达到尽可能高的测试精度。

用空气焓值法测量空调器性能，需要测量空调器室内侧进出口处空气焓值及空调器的循环风量。因为目前无直接测量焓值的设备，只能靠间接测量获得，即需通过测量当地的大气压力、空气干球温度和湿球温度求得。空调器循环风量测试采用差压法，即通过测量空气经过喷嘴的压力降及喷嘴前的空气参数间接计算出空气流量[4，5]。

1 空气取样及测量装置设计 1.1 总体设计

空气取样及测量装置主要由取样风机、取样笛管及温湿度测量箱组成。利用取样风机及取样笛管引入空调器进出口的典型样本空气，将其送入温湿度测量箱测量。要求如下：

（1）取样风机与取样笛管相互独立，两者间用铝箔软管连接，无需保温；

（2）温湿度测量箱采用有机玻璃胶合而成，主要由风道、水盒（用于测量湿球温度）、补水杯组成。其标准流通截面尺寸为100mm×100mm，长250mm；

（3）取样笛管采用不锈钢管焊接而成，包括汇合管和笛管。每根笛管开有吸风口，两边等量交错开孔。

1.2 取样风机的选择

（1）风量计算

取样风机的风量V可按公式（1）计算：

（1）

式中：vt为温湿度测量箱内垂直于温度传感器方向的风速，取5 m/s；At为测量箱内流通截面积，取0.01 m2 。计算结果为0.05 m3/s（180 m3/h）。

（2）风压计算

空气取样装置的风阻包括取样笛管到风机进口的沿程阻力及局部阻力。可用图1的模型表示。为计算简便，对空气取样系统的各段风管作如下简化：

A．1-2 为取样笛管段：1-2的阻力由三部分组成：笛管吸风阻力，笛管合流阻力及汇合管合流阻力；

图1 空气取样系统风道压力损失模型?

B．2-3 为连接软管段：在此按最不利管路情况模拟：有四个90°的弯头，中心弯曲半径为ф100，同时管长按拉伸计算。2-3的阻力由两部分组成：风管沿程阻力和四个弯头阻力；

C．3-4 为温湿度测量箱段：3-4阻力由两部分组成：风管到测量箱的突然扩大与测量箱到风机入口的突然缩小阻力；

D．4-5为风机段：空气从风机出口排出时存在阻力，因风机尚未选定，故暂不做考虑。

根据以上分析，计算结果汇总于表1。风机所需的风压为：

（2）

式中：P 为风机所需全压，Pa；v为出风口的风速，m/s；P为总风阻，Pa；ρ为空气密度，取1.2 kg/m3。计算结果为P=247 Pa。

（3）风机选择

由于整个装置的风阻较大，且希望风机出口具有较大的全压，以减小对被测空调器回风口的影响，同时也使安装方便，根据所需风量180 m3/h及风压247 Pa（全压），可按相关风机样本的风量和全压参数选择风机型号。取样风机选用意大利NICOTRA公司的离心风机，型号为DD146/190，其主要参数为风量300 m3/h，全压410 Pa。

2 空气混合箱和流量箱的一体化设计 2.1 空气混合箱设计

空气混合箱用于接收并精确测量被测空调器室内侧出风温湿度。因为空调器出风温度与环境温度相差较大，为了减少出风温湿度测量装置的漏热量，将温湿度测量装置置于混合箱内。具体要求如下：

表1 空气取样系统风阻汇总 管段号范围为271～4254 m3/h 。

表2 喷嘴的技术数据 dmm