全热交换器性能测试方法及日本JIS标准介绍.doc

全热交换器性能测试方法及日本JIS标准介绍三菱电机空调影像设备(上海)有限公司 戴梅 季静芳摘要:本文简单阐述了全热交换器的风量、有效换气量、热交换效率、噪音4个技术性能依据日本JIS标准进行的测试方法，介绍了具体的测试装置,使用到的仪器、计算公式、计算结果等内容 。关键词: JIS(日本工业标准),模拟环境室系统,风管系统,孔口节流调节法,皮托管, 常用浓度测试方法,衰减测试方法。随着全世界能源越来越稀缺,节能已成为全世界多数人的一种共识,全热交换器作为一种能源回收型通风设备 ,它能提供新鲜空气的同时可回收排出废气的能源,从而实现节能这一主题，所以越来越受建筑暖通界专家的普遍关注,其技术性能的优劣,直接影响到设计师的选配。由于日本于上世纪60年代末就已开始了对全热交换器较早的研发及设计工作，因此，在此领域内，可以说拥有较为先进的、科学的标准性能测试理念及丰富的实际经验，相应的JIS标准也更体现出合理、完善及规范性，其中明确的列出了相关的性能测试依据、测试方式、使用到的计算公式及结果的偏离范围限制等，下面就此方面内容，简单阐述全热交换器的风量、有效换气量、热交换效率、噪音4个性能的测试及所依据的日本JIS标准，以此尽可能辅助暖通设计师进行全热交换器的相应选配。1、风量测试风量的测试，目的在于检测全热交换器的实际风量测试值与JIS标准规定值的偏离情况。本节详尽的阐述了JIS标准规定的全热交换器风量与静压的测试方法及计算公式，标准中共规定了2种方法，即模拟环境室系统和风管系统，可根据表1来选择不同的测试方法。表1 风量测试方法根据风量分类适用测试方法小型全热交换器模拟环境室系统中型全热交换器模拟环境室或风管系统大型全热交换器模拟环境室或风管系统图15仅显示了原理，需要使用相应的测试装置来正确测试全热交换器在运行状态或近似状态下的性能。模拟环境室系统是基本的测试系统，中、大型设备测试点或位置受限制时，选风管系统来测定更为合适。1.1.模拟环境室系统模拟环境室系统又可分为孔口节流调节法和吸气口法2种测试方式，详细测试装置可参见图1、图2、图3，其中图1、图2为采用孔口节流调节法进行的送风量及回风量的测试装置图，图3为采用吸气口法进行的回风量的测试装置图。三个图相同的部位见虚线框内所示。同时，图1、图2、图3均须满足下列条件，即被测试的全热交换器与模拟环境室通过连接管连接，其长度确保不影响测试精度。测量静压用的模拟环境室尺寸也如图1、图2、图3所示，应结构坚固，即使风量有轻微的变化也不能引起摆动，不允许有气体的泄漏，同时其横截面要求构造成均匀的圆型或方形的截面。模拟环境室内的整流网用来均匀室内的空气流速，流经整流网的最大气体流速，应在平均流速的1.5倍以内。模拟环境室系统的测试管线内表面应光滑，且足够长，确保不受辅助风扇吹动气流而产生干扰的影响。管线内的整流格栅用以稳定气流情况。采用调节风阀、辅助风扇整体调控风的流量，在测试最大风量时，辅助风扇用来补偿风流经测试管线而引起的风压损失，风扇速度控制须简单，以免产生冲击现象。静压测试点应垂直开设于模拟室外墙面上，可使用U形管，压差流量计，或其他流量计改装成的压力计来测试静压值，当静压值Dc0.5Dc5D3DDo80ho大气压力计DDc 3Do孔口进出口压差U形管不允许有气体的泄漏，结构坚固图1模拟环境室系统送风量的测试装置（孔口节流调节法） （RA）全热交换器测试机组LGH-50RX4-E温/湿度计室内静压连接管辅助风扇整流网3D0.5Dc0.5Dcho测试管线缓冲板大气压力计6Dl3D辅助风扇连接管0.6DcD静压测试点Dc 3DoDo1/3DcD整流格栅调节口图2模拟环境室系统回风量的测试（孔口节流调节法）（RA）全热交换器测试机组LGH-50RX4-E温/湿度计室内静压连接管辅助风扇整流网0.5Dc0.5Dc测试管线缓冲板大气压力计辅助风扇连接管0.6DcD静压测试点Dc 3DoDo1/3DcDho3DD吸气口图3模拟环境室系统回风量测试（吸气口法） Q1=36001 f1（2）Q1:送风量（m3/h）：空气膨胀修正系数1：孔口流量系数f1：孔口截面积(m2)h1：孔口前后压差(Pa)：空气测试时比重(kg/m3)经代入常数项，整理简化后：Q=1.469（3）（2）测试过程在中津川大型lossnay实验室，如图1中所示的位置上准备好测定外气状态的温/湿度计、大气压力计，并记录下当时外气的状态，给被测试的全热交换器LGH-50RX4-E通1，220V，50HZ的电源，将送风扇的风速调于极高档，开机运行，初始，孔口处在全开状态，此时，读取压差流量计上显示的孔口进出口压差和斜式流量计上显示的静压值，接着，将孔口调至1/7开度，读取孔口进出口压差和静压值，将孔口调至2/7开度，读取孔口进出口压差和静压值，依此类推，将孔口调至6/7开度，读取孔口进出口压差和静压值，及将孔口调至全开状态，读取孔口进出口压差和静压值，一共纪录8对数据。将孔口进出口压差代入Q=K=1.469公式中，可间接计算出风量值。静压值代入P=(/0 ) x P0公式中，请参考附表1所示的Q-H特性数据报告书。（3）Q-H特性数据报告书测试地点：中津川大型lossnay实验室测试日期：2005-7-27被测试设备：LGH-50RX4-E；测试项目：送风侧（SA）的额定风量及Q-H特性；电源：1，220V，50HZ，极高档风速； 气压：964.7Pa (723.6mmHg)；干球温度：DB=26.00C； 湿球温度：WB=24.50C；室内系数：K=1.469； 空气密度：=1.109kg/m3；旋转数#1：送风侧的旋转数旋转数#2：排气侧的旋转数额定风量：500m3/h； 额定静压：15.3 mmH2O附表1序号电压(V)风量(m3/h)静压(mmH2O)压差(mmH2O)电流(A)电力(W)旋转数#1(min-1)旋转数#2(min-1)1220681.80.0(0.0)55.31.163255.6122911932220668.70.7(0.7)53.21.123246.7123512133220641.12.5(2.2)48.91.081237.3125512574220580.67.5(7.0)40.11.004220.212931294522047913.2(12.2)27.30.903197.8134013406220358.618.7(17.3)15.30.803175.8138213827220305.520.5(19.0)11.10.76166.3139713978220028.4(26.2)-0.10.675147.614381415开放风量220681.80.0 55.31.163255.612291193额定点469.1-6.2%13.5-1.80.897197.11342额定送风量测试结果：469.1m3/h(参考JIS B 8628 9.3章)注：表中风量值已转换成标准工况下的值，静压值也已修正过。（20 RH65% ，绝对压力101.3kPa （大气压力 760mmHg）实测点469.1m3/h，13.5 mmH2O额定点500m3/h，15.3 mmH2O根据试验数据，绘制的Q-H曲线见图4图4 Q-H曲线图其次是采用孔口节流调节法测定的回风量的测试图，如图2所示，虚线框与图1相同,仅显示了原理。相关的测试过程、计算公式与送风量相同，因未能做详尽测试，这里也便不再详尽的解释，图仅作参考。再次是采用吸气口法测定的回风量的测试图，如图3所示，虚线框内相同于图1、图2。模拟环境室系统采用吸气口测定风的流量时，相应的计算公式有别于孔口节流调节法的送(回)风风量计算公式，详见式（4）Q2=3600f2（4）Q2流量,（m3/h）吸气口流量系数f2测试管线的截面积，(m2)h2吸气口的负压,，(Pa)空气测试时的密度，(kg/m3)同样，图3仅显示了原理，相关的测试过程及结果，因未能做详尽测试，这里便不再详尽的解释，图仅作参考。1.2.风管系统采用风管系统，可以测定送风量大小，也可以测定回风量大小，即如图5、图6所示的，图5、图中被测试的全热交换器与风管通过连接管连接，其长度确保不影响测试精度。所连接的风管尺寸如图5、图6所示,结构上应无泄漏。测试管线内表面也应光滑，推荐使用横截面与全热交换器进口或出口横截面一样大小的直管线，如果不能满足以上条件，那么管线横截面也应在0.7倍与1.3倍全热交换器进口或出口横截面范围之内。整流格栅用以稳定管线内的气流情况。采用节流装置来整体控制风的流量。静压测试点应垂直开设于风管的外墙面上，可使用U形管，压差流量计，或其他流量计改装成的压力计来测试静压值。用皮托管来测量风管系统中管线内风的流量大小，也可使用精度更高的流量计。使用水银温度计，酒精温度计，热电温度计来进行环境温度的测量，可使用JIS Z 8806中定义的湿度仪，使用Fortin气压仪来测定环境的大气压力。 首先是采用皮托管测定送风量的测试图，如图5所示（SA）连接管全热交换器测试设备温/湿度计节流装置6D1D3Dho大气压力计D测试管线整流格栅连接管0.5Dl10D+l管内静压皮托管图5风管系统送风量的测试（皮托管）其次是采用皮托管测定回风量的测试图，如图6所示（RA）全热交换器测试设备节流装置4.5D1D3D温/湿度计大气压力计D测试管线金属分布网连接管l8.5D+l皮托管管内静压ho图6风管系统回风量的测试（皮托管）风管系统采用皮托管测定流量时，送（回）风流量计算公式示于式（5）：Q3=3600f3（5）Q3流量,（m3/h）f3测试管线的截面积,(m2)h3测试管线内的动压平均值,(Pa) 空气测试时的密度,(kg/m3)因受到时间等因素限制，未能有机会进一步测试，所以相关的测试过程及结果，这里便不再详尽阐述。2.有效换气量的测试有效换气量的测试，目的在于检测全热交换器的实际测试的有效换气量的值与JIS标准规定值的偏离情况。本节详尽的阐述了JIS标准规定的全热交换器有效换气量的测试方式及计算公式，标准中共规定了2种方法，即常用浓度测试方法及衰减测试方法，可根据表3来选择具体的测试方法。表3有效换气量的测试方法根据风量分类适用测试方法小型全热交换通风设备常用浓度测试方法衰减测试方法中型全热交换通风设备常用浓度测试方法衰减测试方法大型全热交换通风设备常用浓度测试方法衰减测试方法图7、图8仅显示了原理，其他能更精确测出设备在运行状态或近似状态下性能的装置也可使用。2.1.常用浓度测试方法采用图7所示的测试装置，取样管需设置在管内最能代表CO2平均浓度值的点上。管内通常需设置CO2浓度均匀装置。CO2发生室内的CO2浓度须均匀。为提高测试精确度，确保排气（EA）侧气体不会泄漏到外气(OA)侧。使排气（EA）能回收到回风侧(RA)，从而实现CO2的再利用。由CO2气瓶提供一定浓度范围的CO2，采用红外线气体分析仪或使用其他类似的分析仪来测定CO2浓度。整个测试过程包括：首先在外气(OA)、送风(SA)、回风(RA)3点处布置CO2取样管，使回风处的发生室内CO2浓度控制在0.55.0%，给被测试的全热交换器LGH-50RX4-E通1，220V，50HZ的电源，将风速调在极高档，之后运行一段时间后，使用岛津株式会社产的红外线气体分析仪分别测量每点的CO2浓度，依次表示为COA、CSA、CRA。图7为采用常用浓度方法进行的有效换气量的测试装置图全热交换器测试设备LGH-50RX4-E送风（SA）取样管（CO2）发生室外气（OA）取样管回风（RA）取样管排气（EA）回风（RA）送风（SA）均匀装置外气（OA）浓度约0.55.0%岛津株式会社的红外线分析仪测定红外线分析仪测定红外线分析仪测定图7常用浓度方法的测试装置相应的计算公式(1) CO2泄漏率EG=(CSA-C0A)/(CRA-COA)*100%（6）式中EGCO2泄漏率CSA送风CO2浓度C0A外气CO2浓度CRA回风CO2浓度(2)泄漏量q=QS*EG（7）式中q泄漏量，(m3/h)QS送风量，(m3/h)EGCO2泄漏率(3)有效换气量QE=QS-q（8） 式中 QE：有效换气量，(m3/h)QS：送风量，(m3/h)q：泄漏量，(m3/h)采用常用浓度测试方法测试的有效换气量结果报告见表4：测试地点：中津川大型lossnay实验室测试日期：2005-7-27被测试设备：LGH-50RX4-E；测试项目：有效换气量大气压：723.6mmHg温度：28.00C湿度：80.0%空气密度：=1.109kg/m3；电源：1，220V，50HZ，极高档风速R1：送风侧的移行率EG=(CRA-CEA)/(CRA-COA)*100%；R2：排气侧移行率EG=(CSA-C0A)/(CRA-COA)*100%表4风量CO2浓度（%）移行率(%)泄漏量有效换气量（m3/h）RAEASAOAR1R2（m3/h）（m3/h）5104.063.760.30.085.57.530.35174784.083.770.320.0867.7294554633.93.840.310.0861.627.54284844.013.790.310.085.85.628456R1：送风侧的移行率EG=(CSA-C0A)/(CRA-COA)*100%=(0.31-0.08)/(4.01-0.08)*100%=5.8%q= QS*EG =28m3/h即有效换气率为1-5.8%=94.2%QE=QS-q=484-28=456m3/h2.2.衰减测试方式为此，采用了图8所示的测试装置，取样管需设置在测试房间中心线的上、中、下3点部位，泡沫或类似的气体吸收性材料不可使用于测试房间的内墙面，房间面积控制在1530m2之间，其通风密闭程度应0.3倍的被测试设备自然通风量，房间内外压差应非常微小。外气（OA）CO2浓度测试点的布置，应确保不会受到排气（EA）产生的影响。CO2气瓶供应CO2，红外线气体分析仪或类似仪器测定CO2浓度。测试过程包括如下内容：首先是初始浓度测试，让测试房间充满CO2，约30分钟后，检查其浓度是否均匀，如均匀的话，则分别测试3个不同点的浓度，此时初始浓度约为4%，接下来给被测试设备通1，220V，50HZ的电源，风机调在最高档模式，然后开机运行10、20、30分钟后，分别对3点进行CO2浓度衰减情况的测试，并纪录。重复以上步骤共3次。图8为采用衰减方式进行的有效换气量的测试装置图全热交换器测试设备LGH-50RX4-E外气（OA）外气（OA）取样管排气（EA）红外线气体分析仪测定测试房间，密闭程度高面积约为1530m2送风（SA）回风（RA）图8衰减方式的测试装置 计算公式：Q=Q1-Q2（9）Q(Q2)=2.303 x (V/tlog10(C1- C0)/ (Ct- C0) （10）式中Q有效换气量，(m3/h)；Q1设备的通风量，(m3/h)；Q2被测试设备的自然通风量，(m3/h)；V测试房间的风量，(m3/h)；t所持续的时间，如10、20、30分钟， (h)；C1测试房间初始CO2浓度（3测试点的平均值）；C0室外侧的CO2浓度；Ctt时间后的测试房间内的CO2浓度。由于受时间等原因的限制，未能有机会做更详细的测试，所以相应的有效换气量的测试结果也未能详尽描述。3.热交换效率的测试热交换效率的测试，目的在于检测全热交换器的实际测试的热交换效率的值与JIS标准规定值的偏离情况。本节详尽的阐述了JIS标准规定的全热交换器热交换效率的测试方法，标准中共规定了2种方法，即2-房间系统及风管系统，可依据表5选择不同的测试方法。表5 热交换效率的测试方法根据风量分类测试方式小型全热交换器2-房间系统中型全热交换器2-房间系统或风管系统大型全热交换器2-房间系统或风管系统图9、图10显示了测试原理，其他能正确的测试出全热交换器正常运行工况或近似运行工况下的性能值的测试装置也可使用。3.1. 2-房间系统2-房间系统的测试装置如图8所示，布置温/湿度测量点的管线上要求敷设隔热材料，温/湿度测量点需布置在管线内最能代表平均值的点上，外墙和隔墙需充分绝热，房间内的温/湿度须做到均衡分布。JIS标准要求可使用的温度计、湿度仪，及其需要达到的精度范围，见表6表6类型名称精度温度计热电温度计+0.1K电阻式温度计气压温度计相对湿度仪电容式聚合膜JIS标准要求在如下测试环境范围中操作，参见表7表7模式室内室外干球温度湿球温度干球温度湿球温度制冷27+120+235+129+2制热20+114+25+12+2 全热交换器被测试设备LGH-50RX4-E敷设隔热材料室内侧室外侧排气（EA）回风（RA）外气（RA）送风（RA）温湿度测定点热电温度仪测定敷设隔热材料空调空调温/湿度分布均匀温/湿度分布均匀图92-房间系统热交换测试图相应的计算公式(1) 温度交换效率t = (tOA-tSA)/ (tOA-tRA)*100%式中t温度交换效率tOA室外温度，（0C）tSA送风温度，（0C）tRA回风温度，（0C）(2) 湿度交换效率x = (xOA-xSA)/ (xOA-xRA)*100%式中x湿度交换效率xOA室外空气的绝对湿度，（kg/kg(DA)）xSA送风的绝对湿度，（kg/kg(DA)）xRA回风的绝对湿度，（kg/kg(DA)）(3) 全热交换效率i = (iOA-iSA)/ (iOA-iRA)*100%式中i全热交换效率iOA室外空气的焓，（kj/kg(DA)）iSA送风的焓，（kj/kg(DA)）iRA回风的焓，（kj/kg(DA)）温/湿度实际测试条件测试地点：中津川大型lossnay实验室测试日期：2005-7-27测试对象：LGH-50RX4-E型全热交换器测试项目：热交换效率电源：1，220V，50HZ，极高档风速；待状态充分稳定后，对各个测定点同时进行温/湿度的测定。室内外空气实际工况见表8：表8样本上标出的数值表9表9温度交换效率t制热时焓交换效率i制冷时焓交换效率i77%67.5%64.5%本试验由于受时间的限制等原因，仅对制冷时发生的热交换进行了相关的测试及纪录。相应的制冷时焓交换效率、温度交换效率等测试结果请详见表10表10测试时间传感器1OA1 CH121,122RA1 CH09,110SA1 CH113,114额定风量交换效率DB(0C)RH(%)WB(0C)IXDB(0C)RH(%)WB(0C)IXDB(0C)RH(%)WB(0C)IXSARAtix13:0034.76528.8793.530.02292750.619.6555.8720.011328.763.723.3169.130.0158474.8473.877.90%64.80%61.10%13:3034.76528.8793.530.02292750.419.655.7570.011228.663.823.2268.850.0157474.947379.20%65.30%61.50%14:0034.764.728.8193.250.02282750.419.655.7570.011228.66423.2768.980.0158474.847379.20%64.70%60.70%14:2034.76528.8793.530.022927.149.719.5755.6240.011128.663.723.2268.790.0157474.847380.30%65.30%61.20%14:4034.764.928.8693.430.02282750.519.6355.8150.011228.663.723.2268.790.015747547479.20%65.50%61.70%0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 AVE34.793.450.02282755.760.011228.668.910.0157474.9473.4AVE测试时间传感器2OA2 CH123,124RA12 CH111,112SA12 CH115,116交换效率DB(0C)RH(%)WB(0C)IXDB(0C)RH(%)WB(0C)IXDB(0C)RH(%)WB(0C)IXtix13:0035.264.829.2895.570.02352750.819.6855.9880.011328.76423.3569.320.015979.30%66.30%62.60%13:3035.16529.2395.310.02342750.619.6555.8720.011328.664.123.2869.040.015880.20%66.60%62.80%14:0035.16529.2395.310.0234275119.7156.1040.011428.663.723.2268.790.015780.20%67.70%64.10%14:2035.264.729.2795.470.023427.149.919.655.740.011228.664.123.2869.040.015881.50%66.50%62.40%14:4035.164.829.295.120.02332750.119.5655.5830.011228.66423.2768.980.015880.20%66.10%62.20%0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 AVE35.195.350.02342755.860.011328.669.030.0158AVE测试时间平均OARASA额定风量交换效率DB(0C)RH(%)WB(0C)IXDB(0C)RH(%)WB(0C)IXDB(0C)RH(%)WB(0C)IXSARAtix034.964.9429.0594.40.02312750.4119.6255.810.011228.663.9523.2769.030.0158474.9473.479.70%65.70%61.80%结果为：温度交换效率t 为79.7%，制冷时焓交换效率i 为65.7为%。3.2. 风管系统风管系统的测试装置如图10所示，布置温/湿度测量点的管线上要求敷设隔热材料，温/湿度测量点需布置在管线内最能代表平均值的点上。全热交换器空调风扇排气（EA）回风（RA）外气（RA）送风（RA）风扇空调温/湿度测定点热电温度计测定图10风管系统由于受时间等原因的限制，未能有机会做更详细的测试，所以相应的热交换效率等的测试结果不再详尽描述，图仅供参考。4.噪音的测试噪音的测试，目的在于检测全热交换器的实际测试的噪音值与JIS标准规定值的偏离情况。本节详尽的阐述了JIS标准规定的全热交换器噪音的测试方式，采用了图11所示的测试装置，确保所连接的辅助风管不会影响测试结果，选用JIS C 1502规定过的噪音仪，或选用类似、更好的噪音仪来测试噪音，在图11中受回音影响最小的地方，布置一个麦克风，来进行噪音值的测试，额定噪音和测试噪音之间的差值至少要8个dB，如不能满足，测试值需通过表11进行修正，同时被测试设备的送风SA、回风RA侧均需连接一定长度的风管。表11 测试修正表 单位：dB噪音差值34567修正值-3-2-1测试地点：中津川大型lossnay实验室测试日期：2005-7-27被测式设备：天花板埋入式LGH-50RX4-E 电源：1，220V，50HZ，极高档风速测试项目：噪音值的测试 产品天花板1.5m 麦克风位置图11噪音值的测试结果示于图12图12噪音测试结果 表12 LGH-50RX4-E型全热交换器的4项技术性能测试结果 220V，50Hz，单相序号测试项目测试所依据的标准 JIS 8628 中规定风速测试结果结论1风量送风量测定值与额定风量的偏差在+10%以内额定风量：500m/h极高档469.1m/h-6.2%良好2通风率通风率在90%以上极高档94.2%94.2%良好3热交换效率应在额定值90%以上额定值：温度交换效率t： 77%制热时焓交换效率i：67.5%制冷时焓交换效率i：64.5%极高档制热温度交换效率 焓交换效率 制冷温度交换效率：79.7%焓交换效率：65.7%+102.7%+101.2%良好4噪音可高出额定值,范围在03dB之间极高档的额定噪音值：33dB极高档33.58dB+0.58 dB良好Modify on 2007-9-25