一种空调测试模拟负荷系统及方法与流程

本发明涉及一种可持续提供模拟房间负荷的调节系统及方法，可在模拟实际使用情况测试时为空调样机提供真实负载。

背景技术：

负荷对空调器的效率和运行状况有很大影响，负荷过低会导致空调长时间处于低功率甚至待机状态运行，负荷过高会造成空调高功率运转，耗电量过高。负荷过低和过高都会影响测试结果。样机评测是在模拟真实家居环境下对样机进行测试，既要求贴近用户真实使用，同时要保证测试过程的再现性、重复性。在空调样机的评测中，如何持续、灵活、可控的提供负荷是实现真实评测、保证评测结果准确、有效的关键。

在现有测试中，一般采用电加热设备方式来模拟负荷，这种方式可持续性及稳定性差，负荷分布不均匀，准确度低，且与实际负荷差异大，并未实现对负荷的真实再现。目前，国内在空调评测中模拟真实家居环境负荷的研究尚无较成熟的系统。

技术实现要素：

本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，本发明提供一种空调测试模拟负荷系统及方法，保证了测试过程的再现性、可重复性，确保测试结果真实有效。

本发明的技术解决方案是：

一种空调测试模拟负荷系统，包括室外侧单元、室内侧单元及仪表控制单元，室外侧单元通过供水管路与室内侧单元相连，

供水管路上沿着水流方向依次设置第五水阀、过滤器、减震器、测试水泵、第六水阀和温度测点，

室外侧单元包括水箱和冷水机板换；

室内侧单元包括由毛细管网组成的辐射换热末端，在评测空调样机时，为室内侧单元提供热量或冷量，即模拟负荷，并将该模拟负荷数据发送至空调评测单元中进行后续处理；

在室外侧单元中，进水管路通过第七水阀连接水箱，水箱内置有温度测点、电加热模块和液位传感器，通过液位传感器监测并限制进水水位，水箱中的水可通过第二水阀排出；

仪表控制单元包括第一温度及流量控制模块和第二温度控制模块，

第一温度及流量控制模块与流量计及变频器连接，为双输入，实现管路流量的采集及毛细管网出水温度的采集；

第二温度控制模块与水箱及测试水泵相连，实现进水水温的采集及出水温度的采集；

在仪表控制单元上设置的输入毛细管网中的进水水温与水箱中温度测点所测得的水温比较，如果后者温度高，则水箱中的水经第四水阀、过滤器、冷水泵流入冷水机板换实现制冷，然后经水流开关流回水箱，实现对水箱中的水制冷降温；如果后者温度低，则水箱可通过设置其中的电加热模块对进水进行制热；

按照空调样机测试需求，水箱中经过制冷或制热的水经第五水阀、过滤器、减震器、测试水泵、第六水阀、第一温度测点进入室内侧单元的毛细管网，毛细管网中的水经管路流经第二温度测点、流量计回到水箱，实现水路间的循环，以保持毛细管网中的水温恒定，实现真实模拟外墙负荷。

进一步的，第一温度及流量控制模块包括第七端子、出水口温度采集部、第五端子、第八端子和第九端子；

第七端子连接流量计，出水口温度采集部采集毛细管网的出水温度，第五端子与变频器的第三端子、第四端子相连，通过变频器对水泵流量进行控制，第八端子与评测单元通讯，将采集的管路流量信息、毛细管网的出水温度信息传给评测单元，评测单元根据接收到的信息及设定的进水水温确定进入室内的负荷，第九端子连接仪表电源，为第一温度及流量控制模块供电。

进一步的，样机为制冷运行模式时，第二温度控制模块控制进水温度t1为30-60℃范围内任一温度；样机为制热运行模式时，第二温度控制模块控制进水温度t1为6-10℃范围内任一温度。

进一步的，根据实际测试需求，设置室内侧单元制冷或制热模式，并根据样机设置模拟负荷值，制冷时，可设置范围为1000-3000w；制热时，可设置范围为：500-1800w。

进一步的，通过pid调节器，实时调节水箱热输出量，以控制进水温度为恒定值；通过调节测试水泵运转频率，控制供水流量为恒定值，达到设定的投入冷/热量；同时评测单元实时确定实际的冷/热量，当实际的冷/热量与设定的投入冷/热量的偏差超出给定的范围，根据投入冷/热量值确定新的流量/出水温度设定值，并发送给仪表控制单元进行设定，开始新的状态调节；负荷系统伴随样机降温过程不断调整，以此达到控制最终稳态投入冷/热量的恒定。

进一步的，第二温度控制模块控制毛细管网的进水温度，第二温度控制模块包括第十端子、第六端子、进水口温度采集部和第九端子，

进水口温度采集部采集进水口温度，第六端子与调功器连接，对毛细管网的进水温度进行控制；第十端子与评测单元通讯，将采集的控制后的水箱进水温度信息传给评测单元，评测单元根据接收到的信息结合出水温度及流量确定进入室内的模拟负荷，第十一端子连接仪表电源。

进一步的，第二温度控制模块与调功器连接，控制进水水温；第一温度及流量控制模块的第五端子与变频器的第三端子、第四端子连接，通过控制测试水泵的频率，进而控制流量。

进一步的，通过设置在第一温度及流量控制模块、第二温度控制模块中的pid调节器实时调节水箱的热输出量，变频器对水泵流量进行控制，实时采集供水管路的供水流量l及毛细管网出水温度t2，并将采集的信息传递给评测单元；第二温度控制模块连接进水口温度采集部，调功器对毛细管网的进水温度进行控制，实时采集控制后的水箱进水温度t1，并将采集的信息传递给评测单元，结合以上信息实时监测在评测空调样机时进入室内侧单元的热量或冷量。

进一步的，负荷热量q＝l*(t1-t2)。

一种家居环境下空调样机制冷速度测试方法，利用空调测试模拟负荷系统，具体步骤如下：

s1、测试前,将样机所在室内侧单元环境平均温度调整到t0，湿度调整为40％±5％，调整室外侧单元环境温度为35℃±1℃，湿度调整为40％±5％；

第二温度控制模块控制进水温度t1为35℃±1℃，第一温度及流量控制模块控制供水管路的供水流量为l；

s2、在室内侧单元所在空间内均匀分布3*3共9个测点区域，每个测点区域均匀布置3个温度传感器，将其实时测得的空间温度信息发送给测试单元；

s3、打开样机，开启制冷模式，设置为温度最低，风速最大，导风板扫风最大，连续测量各个测点的温度值，直至当平均温度为t3时停止实验，确定室内侧单元所在空间内温度从初始温度降至t3的时间t，制冷速度v＝(t0-t3)/t。

本发明与现有技术相比的优点在于：

(1)本发明空调测试模拟负荷系统通过水温和流量的调节，利用敷设在室内侧隔墙上的毛细管网实现了在仿家居环境下进行空调评测时对外墙负荷的真实模拟；

(2)本发明所提出的模拟负荷系统通过设置选择水温或流量，可以提供持续的、较为稳定的、可调节的负荷，实现了根据样机灵活调节负荷；

(3)本发明系统测试参数包括水流量、进水温度、出水温度，通过这三个量来实时监测在评测空调样机时投入室内侧的热量或冷量，即模拟负荷；模拟负荷由室内侧墙上敷设的毛细管网系统提供，室外侧部分包括水箱、冷水机、供水泵、冷水泵，以及测量传感部件流量计、进出水温度传感器，实现了家居环境下对外墙负荷较稳定、可持续、可调节的输出，提高了测试的专业性，保证了测试的再现性、重复性；

(4)本发明空调测试模拟负荷系统水电路设计简洁，同时实现冷/热负荷的提供，不局限于测试环境、测试时间。

附图说明

图1为本发明空调测试模拟负荷系统水路系统图；

图2为本发明的空调测试模拟负荷系统主电路图；

图3为本发明的空调测试模拟负荷系统仪表控制单元组成图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明方案进行详细说明。

本发明涉及空调测试模拟负荷系统，可用于空调评测中模拟外墙，即负荷墙，模拟室内外相连的墙的负荷，能够持续提供负荷，负荷分别不同规格的空调，并且可以调节。

如图1所示，本发明所述的空调测试模拟负荷系统自来水由第七水阀1进入水箱2，水箱2内置温度测点3、电加热模块4、液位传感器5，通过液位传感器6监测并限制进水水位，水箱中的水可通过第二水阀7排出水箱；

仪表控制单元设置的输入毛细管网22中的水温与水箱中温度测点3所测得的水温比较，可通过人为观察判断，如果前者温度低，则使水箱2中的水经第四水阀11、过滤器12、冷水泵13流入冷水机板换9实现制冷，然后经水流开关8流回水箱2，实现对水箱2中的水制冷降温；如果前者温度高，则水箱2可通过设置其中的电加热模块4对进水进行制热；

按照需求，水箱中经过制冷或制热的水经第五水阀14、过滤器15、减震器5、测试水泵16、第六水阀17、第一温度测点19进入室内侧单元的毛细管网22，毛细管网22中的水经管路流经第二温度测点21、流量计20回到水箱，实现水路间的循环，以保持毛细管网22中的水温恒定。

第一水阀5、第三水阀10用于水压调节，必须用调节阀，其余水阀可用球阀。

根据实际测试需求，可人为选择制冷或制热模式；根据样机来设置模拟负荷值，即平均负荷，制冷时，可设置范围为1000-3000w；制热时，可设置范围为：500-1800w。根据对模拟负荷的需求，如果是要保证负荷值为恒定输出，即要保证毛细管网22平均温度，设置仪表控制单元的出水温度，根据样机的运行模式，制冷时，将进水温度设定值设置为30-60℃范围的任一温度，制热时，将进水温度设定值设置为6-10℃范围的任一温度；上述均可通过第二温度控制模块43完成设置。

图2为空调测试模拟负荷系统主电路图，

包括制冷机组23、热继电器24、断路器25、电加热模块4、调功器27和变频器32；

制冷机组23进行水温制冷，热继电器24、断路器25进行电路保护。

通过电加热模块4实现水箱2中的水制热，调功器27实现对电加热模块4功率的调节，同时与第六端子38连接实现对水温的控制调节；

变频器32上设置有第一端子28、第二端子29、第三端子30、第四端子31；

变频器32的第一端子28、第二端子29与plc电路连接，对变频器32异常情况进行报警，比如测试水泵16过载、变频器32过热等情况；第三端子30、第四端子31与第一温度及流量控制模块42的第五端子35相连,对流量进行控制；

图3为仪表控制图，第一温度及流量控制模块42为双输入，实现管路流量的采集控制及毛细管网22出水温度的采集；第一温度及流量控制模块42包括第七端子33、出水口温度采集部34、第五端子35、第八端子36和第九端子40；

第七端子33连接流量计20，出水口温度采集部34采集毛细管网22的出水温度，第五端子35与变频器32的第三端子30、第四端子31相连，对水泵流量进行控制，第八端子36与评测单元通讯，将采集的管路流量信息、控制后的水箱出水温度信息传给评测单元，评测单元根据接收到的信息确定进入室内的负荷，第九端子40连接仪表电源，为第一温度及流量控制模块42供电；

第二温度控制模块43控制毛细管网22的进水温度，第二温度控制模块43包括第十端子37、第六端子38、进水口温度采集部39和第九端子40，

进水口温度采集部39采集进水口温度，第六端子38与调功器27连接，对水箱2的进水温度进行控制；第十端子37与评测单元通讯，将采集的控制后的进水温度信息传给评测单元，评测单元根据接收到的信息确定进入室内的负荷，第十一端子41连接仪表电源，为第二温度控制模块43供电；

根据对模拟负荷的需求，如果需要保证负荷值为恒定输出，应在第一温度及流量控制模块42选择控制表为流量l实现；如果需要保证负荷墙面平均温度，应在第一温度及流量控制模块42选择控制表为出水温度t2，并手动设置出水温度值。

根据样机的运行模式，制冷时，通过第二温度控制模块43将进水温度t1设定值设置为30-60℃范围的任一温度；制热时，将进水温度t1设定值设置为6-10℃范围的任一温度。

制冷时，设定温度越高，冷负荷越大，负荷可调范围也越大，反之，负荷越小且调节范围窄；制热时，设定温度越低，热负荷越大，负荷可调范围也越大，反之，负荷越小且调节范围窄。

具体调节时，通过设置在第一温度及流量控制模块42、第二温度控制模块43中的pid调节器实时调节水箱2的热输出量，第一温度及流量控制模块42连接端子33及出水口温度采集部34，变频器32对流量进行控制，实时采集供水管路的供水流量l及毛细管网22出水温度t2，并将采集的信息传递给评测单元，实时监测在评测空调样机时进入室内侧单元的热量或冷量；第二温度控制模块43连接进水口温度采集部39，调功器27对毛细管网22的进水温度进行控制，实时采集控制后的进水温度t1，并将采集的信息传递给评测单元，实时监测在评测空调样机时进入室内侧单元的热量或冷量，负荷热量q＝l*t1-t2。

利用上述系统实现家居环境下空调样机制冷速度测试方法为：

步骤1、测试前,将房间内平均温度调整到32℃±1℃，湿度40％±5％，室外温度35℃±1℃，湿度40％±5％；通过第二温度控制模块43调节进水水温35℃±1℃，第一温度及流量控制模块42选择控制表为流量；

步骤2、在房间内均匀分布3*3共9个测点位置，每个位置分别在0.6m、1.1m、1.7m处布置测点，共27个测点；

步骤3、打开空调样机，开启制冷模式，设置为温度最低，风速最大，导风板扫风最大，连续测量各个测点的温度值；当平均温度为26℃时，停止实验；确定房间温度从初始温度降至26℃的时间，取测点温度平均值确定制冷速度，制冷速度v＝初始平均温度t0-最终平均温度t3/降温过程所用时间t。

本发明系统测试参数包括水流量、进水温度、出水温度，通过这三个量来实时监测在评测空调样机时投入室内侧的热量或冷量，即模拟负荷；模拟负荷由室内侧墙上敷设的毛细管网系统提供，室外侧部分包括水箱、冷水机、供水泵、冷水泵，以及测量传感部件流量计、进出水温度传感器，实现了家居环境下对外墙负荷较稳定、可持续、可调节的输出，提高了测试的专业性，保证了测试的再现性、重复性。

本发明虽然已较佳实例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不拓扑本发明的精神和范围内，都可以领上述揭示的方法和技术对本发明技术方案作出可能的变动和修改。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例作的任何简单修改等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。