一种便携式空调能效检测仪的制作方法

本实用新型涉及空调检测领域，具体涉及一种便携式空调能效检测仪。

背景技术：

通常中央空调系统的耗能占整个建筑耗能的40％-50％，而其中，中央空调系统冷水机组的电耗占整个中央空调系统的50％以上。对于常年运行的中央空调系统，通常一台达到500冷吨(1冷吨为美制冷量单位，1冷吨＝3.516kW工制冷量)的大型螺杆或离心式冷水机组年运行电费可以达到100万人民币，能耗开支巨大。空调主机的运行能效正常范围如下：

风冷活塞机0.8-1.5kW/RT(COP为2.3-4.4)

水冷活塞机0.6-1.0kW/RT(COP为3.5-5.9)

水冷螺杆机0.4-0.80kW/RT(COP为4.4-8.8)

水冷离心机0.4-0.75kW/RT(COP为4.7-8.8)

变频离心机0.25-0.75kW/RT(COP为4.7-5.9)

在一般空调工况下，水冷冷水制冷主机的额定能效在0.60到0.8kW/TON之间(1TON＝1USTR美制冷量单位同公制单位换算公式为：3.516KW＝1USTR),但实际水冷冷水机组运行在0.25-1.0kW/TON这样一个很大的能效范围内波动。运行电量＝累计制冷量×平均能效，在累计需求制冷量相同的情况下，平均能效的高低决定了设备运行费用的高低，而设备实际运行性能往往由于运行条件和设备保养状态能效波动和偏差范围很大。所以，实时检测并诊断机组的能效性能对于节能优化运行很有意义。

目前冷水机组现场的能效检测方法是用不同的计量表检测记录出各项参数：水流量、水温度值、设备耗电量等等，再通过人工和借助计算机汇总数据计算得到。还没有专门的设备或独立装置来实时诊断水冷冷水机组的能效性能，目前典型的冷水机组能效诊断分析的两种做法是：一、通过有经验的专业工程师对设备的运行参数进行分析评估，得出粗糙的经验分析结果；二、一些楼宇自控集成系统通过传感器等检测仪表进行在线检测冷量及电量，虽然也能得到监测设备能效的结果，但均未对冷水机组进行能效实时诊断，同时，由于市面上具备此功能的楼宇自控系统且正常使用的非常少，并且由于楼宇自控系统庞大造价高昂，属于系统集成工程。本实用新型作为一种能效性能诊断判别的解决方案，具有数据来源方便、评估结果可靠性高的特点。

技术实现要素：

本实用新型要解决的技术问题是针对现有中央空调能效测量工具的市场空白，公开了一种便携式中央空调能效监测仪，实现对通用的各品牌中央空调冷水主机的能效值的测量和能效性能诊断判别，并具备单位换算、曲线显示、历史查询等多种附加功能。

为实现上述目的，本实用新型采取的技术方案如下：

一种便携式空调能效检测仪，包括箱体，其特征在于：所述箱体内部设置有电源模块、电量测量单元、流量测量单元、温度测量单元和能效计算单元，所述电量测量单元、流量测量单元和温度测量单元分别通过信号线与所述能效计算单元进行连接；所述箱体表面设置有人机界面单元，所述能效计算单元计算出的空调能效值显示在所述人机界面单元上。

进一步地，还包括电流互感器、流量测量探头和温度传感器，所述电流互感器、流量测量探头和温度传感器分别通过可拆卸方式与所述电量测量单元、流量测量单元和温度测量单元进行连接。

进一步地，所述电流互感器、流量测量探头和温度传感器分别通过航空插头与所述电量测量单元、流量测量单元和温度测量单元进行连接。

进一步地，所述箱体的侧面安装有提手，所述能效检测仪在不使用的时候可以作手提箱，方便携带和搬移。

进一步地，所述电流互感器为钳形电流互感器，所述流量测量探头为贴片式流量传感器，所述温度传感器为贴片式铂电阻温度传感器。

进一步地，所述能效计算单元设定了流量、温度和电量的阈值，当流量、温度或电量的变化过快时，可自动剔除相关数据，不记入平均空调能效值的计算中。

进一步地，所述人机界面单元还具备空调能效值单位转换、曲线查看、历史记录查询和辅助参数查看的功能。

进一步地，所述流量测量单元包括超声波流量器

相对于现有技术，本实用新型取得了有益的技术效果：

(1)所述空调能效检测仪高度集成，整个测量仪器轻便、易于携带，且安装和测量过程都不会破坏主机和管路。

(2)所述空调能效检测仪在测量过程中安装流量测量单元和进出水温度测量单元时无需停机，测量完成后，可以很快拆除，整个过程方便、快捷，做到对主机的工作没有影响。

(3)所述空调能效检测仪的能效计算单元采用统计的手段，能过滤过于低和过于高的能效测量数值噪声，最大程度上消除干扰和启机、停机阶段对能效值的干扰，尽可能精确地反映主机平均能效值。

(4)所述空调能效检测仪可适用于市面上使用的不同冷水主机，测量过程简单快捷，可直接得出冷水主机的能效值及能效评价结果。

附图说明

图1是空调能效检测仪的结构示意图。

图2是空调能效检测仪的原理框图。

图3是空调能效检测仪的现场检测布置框图。

图4是空调能效检测仪的工作流程图。

图5是空调能效检测仪的检测流程图。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例对本实用新型进行进一步详细说明，但本实用新型要求保护的范围并不局限于下述具体实施例。

参见图1，本实施例公开的便携式空调能效检测仪包括箱体10，所述箱体10内部设置有电源模块9、电量测量单元4、流量测量单元5、温度测量单元6和能效计算单元8，所述电量测量单元4、流量测量单元5和温度测量单元6分别通过信号线与所述能效计算单元8进行连接；所述箱体表面设置有人机界面单元7，所述能效计算单元8计算出的空调能效值显示在所述人机界面单元7上。电流互感器1、流量测量探头2和温度传感器3分别通过可拆卸方式与所述电量测量单元4、流量测量单元5和温度测量单元6进行连接。

本实用新型充分体现了操作和携带的便利性。考虑到在实际测量中传感器的安装拆除、测量设备的连接、测量过程都需要尽可能简单和方便，而且整个仪器需要具备便携性的需求，要易于携带和搬移，本实用新型的流量测量采用的是贴片式流量传感器，整个传感器的安装不用动火烧焊，不用破坏管道水路，甚至无需主机停机，只需要将管道的材质、内外径、流体介质等参数输入到超声波传感器中，会自动计算出安装距离，按照该距离，将超声波流量传感器的上下游感应贴片贴合在管道上面即可。

温度测量采用贴片式铂电阻温度传感器，只用将温度传感器分别和冷冻水进出水管道贴合好，并用钢箍扎牢固即可，整个过程不用动火和烧焊即可安装完毕。

电量的测量采用专用的钳式电流互感器，由于冷水主机的电源进线都是采用六角形螺丝固紧安装，如果采用固定式的电流互感器，就势必需要将电源进线拆开，穿过该电流互感器，这样会造成效率低下，而且主机也不得不停机。而且在有些场合，由于主机年代比较久远，电源进线紧固螺丝会有不同程度的锈蚀，拆除进线会非常困难或不可完成。采用专用的钳式电流互感器可以轻松应对该状况，钳形电流互感器可以开合，只需要将电流互感器打开开口，钳住电源进线即可。整个过程轻松简单，不需要拆除螺丝，不需要主机停机。

整个便携式能效检测仪采用手提箱型结构，人机界面嵌在机箱的前面板上。其他的固定式设备，如：超声波流量传感器主体部分、三相智能电量模块、能效计算CPU模块、设备电源等部分都放置在机箱内部，充分利用机箱内部空间。

本能效检测仪的其他部分，主要为活动的测量传感器探头设备，其线缆长度较长，在测量时需要安装在现场空调主机的相关设备上，如三相电流电量互感器、超声波流量传感器的上下游感应探头部分、冷冻水进出水温度探头部分。这些部分不使用时和能效检测仪器是分离状态，在使用的时候需要和能效检测仪器相连接。这些探头设备和能效检测仪的连接部分采用快速航空插头，整个传感器的连接都无需螺丝刀、扳手等工具，全程采用插头式连接，实现快速的拆装，极大的提升了工作效率。

整个便携式中央空调冷水主机能效检测仪器采用箱体设计，在上方和两边侧面安装有橡胶提手，在不使用的时候，可以作为一个手提箱，方便携带和搬移。在需要测量时，只用将探头的插头插入箱体下部对应的接头中，将各传感器探头部分安装在相应的位置，如图3检测布置图所示。

除了中央空调主机能效测量功能，本测量仪器还内置了若干其他的辅助功能。操作人员可以在人机界面上进行操作或查看，如单位转换、曲线查看、历史记录查询、查看其他辅助参数的功能。

单位转换可以将以kW/TON和kW/kW的两种能效单位进行互相换算，方便操作人员调用自己熟悉的指标进行能效测量。

曲线查看功能是以曲线的形式查看能效值、制冷量、用电量、温度、流量的趋势，更加直观形象的显示测量时间段内这些参数的变化状态和趋势。当这些参数超过阈值，处于异常状态时，在曲线上也会以红色进行清晰标识出来。

历史记录查询，既可以支持输入起始和结束的时间，查询在该时间段内的测量历史记录，也可以从当前进行回溯，查询最近几次的历史记录。并支持以xls、cvs等格式的导出，导出后的文件可以存放在U盘中，进行存档或打印输出。

其他辅助参数的查看包括测量出的进/出水温度、流量、三相电流/电压、频率、有功功率、无功功率、功率因数、制冷量等，操作人员可以通过这些参数对主机状态有更加全面的了解。

参见图3-5，本实用新型的操作过程如下：

首先将各传感器和能效检测仪进行连接，其采用快速插头，将它们按照能效仪机箱上的文字提示逐一对接插好即可。在开始检测主机之前，需对能效检测仪进行计量校对，具体有：(1)对温度传感器进行校准，将两个温度传感器和管壁贴合紧密，传感器和管壁的贴面上涂抹导热硅胶，在便携式能效检测仪上观察两个温度传感器的温度读数是否一致，对比该温度读数是否和主机的面板上的数据一致，如果都是一致，则证明温度传感器工作正常。(2)将超声波流量传感器的流量感应探头贴合在管壁上，管内有水流动，调整感应探头的位置，使两个探头处于同一个水平的平面上，之间相隔有5-8cm的距离，观察超声波流量传感器的仪表面板，有数值则说明超声波传感器工作正常。(3)将三相钳形电流互感器分别钳住主机的三路电源进线，观察能效检测仪人机界面上是否有电流显示，如果有显示，与主机的工作电流进行对比，数值一致则证明电量检测模块正常。

如果这些都正常，则可以开始下一步的检测工作，如果某项经过调整仍然无法正常工作，则就需要更换或检修该检测单元，并重复上述校对工作，直至这些检测传感器都正常工作为止。

分别将这些传感器各自安装好，将温度探头分别安装在中央空调冷水主机的冷冻水进/出水的水管壁上，需要注意贴合紧密，中间敷以导热硅胶，并用卡箍将传感器与管道固定好，温度传感部分即安装完成。然后将冷冻水管道的内外直径，管壁材质，流体介质等在超声波流量传感器的菜单中一一进行输入或选择，超声波仪表会自动计算出一个安装距离，该距离就是超声波流量传感器上游探头和下游探头的安装距离，将两个探头按照该距离安装在冷冻水管壁上，安装要求和温度传感器类似，需要贴合紧密，管壁和传感器的接触面敷以配套的接触剂，两个探头需要安装在同一个水平表面上。在仪表上的菜单项选择查看信号强度，如果信号强度值>60，则该超声波流量传感器可以正常工作，如果没有达到60，则需要调整安装位置，或略微打磨管道外壁。电量的测量传感器安装简单，只需要将钳形电流互感器钳上主机的三相电源进线即可，但要注意的是，一定要找到正确的三相电源进线，该进线一定需要是对整个空调冷水主机进行供电。

安装完毕后，即可进行能效测量工作，在能效检测仪的界面上输入检测时间长度，一般根据不同的主机，检测时间一般为0.5小时-2小时，建议不要低于0.5小时，否则样本偏少，可能会造成检测不准。输入了时间长度后，点击开始按钮，能效检测仪即自动开始运行检测能效，这期间无需人员手工干预，全部为检测仪自动运行。

检测完毕后，能效检测仪人机界面会提示检测完成，检测过程中的所有参数都已存储到能效检测仪中，并会显示最终的能效值，该能效值为平均能效。如果需要不同工况下的能效检测，则需要将工况数据手动输入到能效检测仪中，这些数据包括室外环境温湿度、换热器压力差、冷却水流量、冷却水进出水温度，输入这些参数后，能效仪会形成不同工况点的能效分析表及能效诊断结果分析。

本实用新型的原理图见图2。流量测量探头测量冷水机组冷冻水管道上的瞬时流量(L)、温度测量单元通过贴片式铂电阻传感器测量得到冷冻水进水温度(T1)、冷冻水出水温度(T2)，计算出大型空调冷水机组的瞬时制冷量，再通过瞬时制冷量的积算得到测量时间段内的总制冷量。如图4所示，其计算原理如下所示:

ΔT_瞬时＝(T1_瞬时-T2_瞬时)(℃)；

Q_瞬时＝C*L_瞬时*ΔT_瞬时(kW)＝C*L_瞬时*(T1_瞬时-T2_瞬时)；

Q_总＝∑Q_瞬时

C—水的比热4.1868kW*S/(kG*℃)；

L_瞬时—冷冻水瞬时流量L/S(升/秒)；

ΔT_瞬时—冷冻水进出水瞬时温度差(℃)；

T1_瞬时—冷冻水瞬时进水温度(℃)；

Q_瞬时—主机瞬时制冷量(kW)；

Q_总—主机总制冷量(kW)；

主机电量测量单元通过三相钳式电流互感器和三相智能电量表，测量得到主机在该段时间内的用电电量(P)。从而计算出中央空调主机的能效值(制冷量/耗电量)。

P_总＝P_T2-P_T1

P_T1—测量开始时的电量电度(kWh)；

P_T2—测量结束时的电量电度(kWh)；

P_总—总用电量(kWh)；

中央空调主机的平均能效E_平均计算公式如下：

E_平均＝P_总/Q_总(kW/kW)；

3.516KW＝1TON(USTR美制冷量单位)；

通过转换，还可以将以kW/kW为单位的制冷系数值或转换成以kW/TON为单位的美制能效值。

冷水机组能效性能诊断计算判别方法：

本发明定义能效性能指数E％来判别冷水机组设备性能的优劣，E％为基于本机组的设计条件相对额定参数的性能。

水冷冷水主机的能效性能指数E％＝E_理想参考/E_实际*100％

E_理想参考----水冷冷水主机理想计算能效值(CPLV)，E_理想参考是以制冷机的额定设计参数为基准，按照实际的运行工况条件，根据热力学理想气体制冷系数公式计算偏差得出，在正常的检测工况范围内，E_理想参考反映的是水冷冷水主机的最佳状态并假定同理想条件变化一致。在测量数据正常时，E_理想参考<E_实际检测,所以，E％的高低能直观反映设备的性能好坏。

E_实际检测----通过能效数据监测得到实际检测值；

计算实例说明：

一台被检测的水冷冷水机组，额定设计的工况条件：冷冻水出/回水温度7℃/12℃；冷却水进/出水温度32℃/37℃；制冷量为500USTR/1758KW，输入功率为325KW；实际检测的三组数据：

A、冷冻水出/回水温度8℃/11℃，冷却水进/出水温度32℃/35℃，能效实测值0.62KW/TON

B、冷冻水出/回水温度8℃/12℃，冷却水进/出水温度26℃/30℃，能效实测值0.60KW/TON

C、冷冻水出/回水温度9℃/12℃，冷却水进/出水温度25℃/28℃，能效实测值0.55KW/TON

E_额定----机组额定参数值，铭牌参数不得直接得出时可用制冷量及耗电量参数计算得到。

COP_额定----机组额定参数值，3.516/COP_额定＝E_额定

K_理想额定----机组额定工况的理想制冷系数，根据热力学原理，理想制冷系数公式为：K_理想额定＝Te/(Tc-Te)

按通常的设计条件：实际运行时的蒸发器换热小温差为2℃，运行时的冷凝器换热小温差为3℃，则当设计额定条件为：冷冻水出水温度为7℃，冷却水出水温度为37℃时，Te设计＝273+(7-2)＝278K；Tc设计＝273+(37+3)＝313K。

K_理想额定＝278/35＝7.94

η_制冷效率----机组制冷效率值，η_制冷效率＝COP_额定/K_理想额定计算得出本机η_制冷效率＝0.68。

通过上表的额定参数计算得出本设备的相对制冷效率η_制冷效率，默认在正常测量范围的工况点本设备的相对制冷效率η_制冷效率不变，得出以下的实测能效的E％。

K_实际工况----机组额定工况的理想制冷系数，根据热力学原理，理想制冷系数公式为：K_实际工况＝Te/(Tc-Te)

按通常的设计条件：实际运行时的蒸发器换热小温差为2℃，运行时的冷凝器换热小温差为3℃，分别计算A、B、C三个工况的K_实际工况

COP_理想参考----机组不同工况理想参考COP值，COP_理想参考＝K_实际工况*η_制冷效率

E_理想参考----机组不同工况理想参考能效E值，3.516/COP_理想参考＝E_理想参考

E％----能效指数，E％＝E_理想参考/E_实际检测*100％

本实用新型要解决的另一个问题是对实际检测平均能效值的精确化处理。在实际运用和测量的过程中，主机的用电和制冷都是一个不断变化的过程，随着用冷需求、负荷变化、外界环境温湿度等条件的不同，冷水主机的能效实际上是处在一个不断的变动的状态，这样就造成了测量得到的实时能效值也是一个不断变化的不稳定数值，其参考意义和实际用途有限，也造成了平均能效值的不准确。

而且在主机加载、卸载的过程中，或相邻主机水泵启动、运行的过程中，造成水量的突然加大或者用电负荷的突变。由于温度的变化是一个较为平缓的过程，突然变化的状态会造成通过E＝P/Q计算出的能效值过大或过小，如果将该部分能效值计算在内，与实际的平均能效值相比会造成一定程度的失真。在能效计算单元中内置了算法，设定了流量、温度、电量的阈值，当流量、温度或电量的变化率过快，超过了这些物理量的阈值时，计算模块会自动将这些数据另行处理，不记入平均能效的计算之中。只有当这些测量参数回到阈值之下，处于正常工作的状态中，才计入平均能效的测量之中。

根据上述说明书的揭示和教导，本实用新型所属领域的技术人员还可以对上述实施方式进行变更和修改。因此，本实用新型并不局限于上面揭示和描述的具体实施方式，对实用新型的一些修改和变更也应当落入本实用新型的权利要求的保护范围内。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对实用新型构成任何限制。