通风与空调工程漏风量测试装置的改进.pdf

上 海 理 工 大 学 学 报 第 23 卷 第 2期 J. University of Shanghai for Science and Technology Vol.23 No.2 2001 收稿日期 2000-12-29 作者简介 王 芳1966- , 女, 讲师. 文章编号 1007-6735200102-0153-04 通风与空调工程漏风量测试装置的改进 王 芳1, 陈儿同1, 贺运红1, 陈 育2 1.上海理工大学 动力工程学院, 上海 200093; 2.上海市工业设备安装有限公司, 上海 200080 摘要 风管漏风量的大小是检验通风与空调系统工程质量和降低能耗的一项重要指标. 以 通风与空调工程施工及验收规范 GB 50243-97的一项新增条款为依据,对漏风量测试装 置作了分析,着重对以孔板作节流元件的风管式漏风测试装置在风压调整及自动取压两方面 作了改进,并做了相应的试验,为新规范在行业内的实施与推广作必要的准备. 关键词 通风; 空调; 漏风量测试; 孔板; 流量检测 中图分类号 TU 834.33; TB 497 文献标识码 B 漏风量测试是现行暖通空调类施工验收新国 标通风与空调工程施工及验收规范 GB 50243- 97 中的一项新增条款. 它是原标准 GBJ 243 - 82 在修订后的一项主要新增内容. 随着国家高新技 术产业的发展, 及国际上ASHRAE 标准 62- 1989的修正[1],给以中 高压风管为代表的净化 空调及特殊通风工程的发展带来了机遇并提出了 更高的节能要求. 因此研制一套测试效率高, 使 用灵活和稳定性好又具有价格优势的标准测试装 置, 对于设备安装企业的内部质量管理及风管工 程的验收工作是相当必要的. 1 漏风量的确定及装置的组成 1.1 漏风量测试规范 据新规范第 3.1.13 及 3.1.14 款,风管系统应 按其系统工作压力即风管静压划分为 3 个类别[2] 见表 1,同时根据工程的实际情况,按系统的工作 表 1 风管系统级别分类 Tab.1 Pressure classification of duct system 系统类别 系统工作压力 p/Pa 使用范围 低压系统500一般空调及排气系统 中压系统 500 且 1 500 1 000 级以下空气净化 排 烟 除尘系统 高压系统1 500 1 000 级以上空气净化 气 力输送 生物工程等系统 压力,将漏风量测定分为 3 个级别,并确定不同的 检验标准见表 2. 表 2 风管单位面积允许漏风量 Tab.2 Permissible leakage rate of duct system 允许漏风量 Q/m3/ h m2 工作压力 p/Pa低压系统中压系统高压系统 4005.19 5006.002.00 6002.25 8002.71 1 0003.14 1 2003.53 1 5004.081.36 1.2 漏风量的确定 空调与通风工程风管的漏风量测量属微流量 检测30 140 m3/h, 选择测量方式时应从实际出 发. 新规范规定选用标准孔板风管式和喷嘴风 室式这两种形式,以节流元件差压测量法来测定 漏风量[3]. 以正压式风管测量装置为例,风管内的介质 在系统运行中长期处在一定压力下的流动状态, 管壁接缝处的泄漏受静压影响最大, 宜采用带有 节流元件的测量装置进行动态测试见图 1. 测 量时,被测管段的一端与节流元件后部的软管连 接,其余部分全部被封堵,打开风机送风并保持管 段内静压值恒定,测量出节流元件前后压差大小, 得出的流量即为某一工作压力下被测管段的漏风 154 上 海 理 工 大 学 学 报 2001 年 第 23 卷 量. 这种以单位面积 单位时间内,在某一压力条 件下的空气泄漏量来衡量风管质量的方法在国内 尚属首次提出,还需逐步推广. 1.3 漏风量测试装置的组成 规范中介绍的漏风测试装置基本由离心风 机 节流器 带整流栅且有前后直管段的角接取 压孔板测试段 微压计 连接风管软管及被测风 管组成. 如图 1 所示. 图 1 原漏风量测试装置 Fig.1 Duct leak check unit before improved 1. 离心风机 2. 节流器 3. 整流栅 4. 标准孔板测试段 5. 微压计 6. 连接软管 7. 被测风管 2 漏风量测试装置的改进 2.1 问题的提出 漏风量测试装置作为一套专供现场使用的整 体装置, 对建筑安装企业检测人员来说, 其准确 方便 快捷的使用要求应是研制过程中首先要考 虑的. 特别对抽检率比较高的中高压系统,应使 装置的实际测量时间尽量缩短,而不至于影响风 管的后续安装任务及工程进度. 因此可在原测试 装置 97 规范附录 A 说明的基础上加以改进, 以提高工作效率. 2.2 变频调速风机的使用 规范要求漏风量测试装置中的风机风压和风 量, 应选择大于被测系统规定的试验压力及最大 允许漏风量的 1.2 倍, 因此必须选用小流量高压 头的离心风机. 变频调速风机的使用有助于提高 测试装置试验压力的调整范围,测试人员可选取 如表 2 所示的几个代表点调整工作压力的大小. 对于低压风管系统pj 500 Pa,原装置采用 控制节流器开度的办法来改变测试风管的阻力特 性及工作压力. 通过试验发现,该种方法调压范 围较小,测试人员需有较高的调试经验来实现气 流在某一压力下的稳定. 对于中高压风管系统500 Pa pj 1 500 Pa, 1 500 Pa pj 2 000 Pa,由于试验压力变化范围大, 需要专用的高压离心风机来匹配普通风机高风 压时,其流量也相当大,如 4- 72 型. 改进后的试 验装置,采用低噪音三相感应电动机驱动的高效 小流量离心风机全压 1 200 Pa 左右与调速用的 松下 DV707H 交流变频器,能根据需要设定工作 频率,实现较宽范围的32 50 Hz频率调节,从而 调整风管内工作压力在一定范围内. 由于频率控 制稳定,明显缩短了测试时间,提高了自动化检测 水平. 图 2 改进后的漏风量测试装置 Fig.2 Improved duct leak check unit 1. 变频风机 2. 整流栅 3. 标准孔板 4. 微差压传感器 5. 数字压力测量仪 6. 连接软管 7. 被测风管 2.3 自动取压的实现 原漏风量测试装置的测压部分,是将孔板前 后的静压取压管连在倾斜式微压计的两个引压管 上, 进行人工读数并记录. 由于被测风管经常放 置在施工点附近,干扰因素多,实际漏风量相对较 小,差压读数范围有限一般为 30 200 Pa 左右 且极不稳定,人工操作十分困难. 因此,采用微差 压传感器与数字压力测量仪组成的微差压计在测 试现场直接显示,这样不仅读数清晰,还易掌握测 量时间. 如有条件将风管在固定地点统一抽检, 可用微差压变送器与计算机连接,进行现场测试 数据的记录与集中处理. 就目前市场上看,压力传感器变送器形式 多样,而适合微小量程0 0.2, 0 0.4, 0 1 kPa的 差压传感器变送器却不多见. 一般以传统电容 式为主, 测量气体压差. 国内产品有电容式 CEC 等系列[4],价格偏高;国外的制作精良,如横河 EJA 系列 罗斯蒙特 3051C 系列差压变送器, 但价格 昂贵. 近年来随着微电子技术的进步, 出现了较 有发展前景的固态压阻式差压传感器变送器. 它是利用压阻效应及单晶硅片上的特定晶向制成 应变电阻,构成惠斯顿电桥, 同时利用硅的弹性力 学特性,在同一硅片上进行特殊机械加工,是集应 力敏感与力电转换检测于一体的力学量传感器[5]. 可以选用陕西宝鸡传感器研究所研制的固态压阻 式高精度微差压传感器 CYG221 或 变 送 器 第 2 期 王 芳等 通风与空调工程漏风量测试装置的改进 155 CYG1221,用于孔板微差压的测量量程00.4 kPa 或用于后部直管段上静压的测量量程01.2 kPa. 它具有灵敏度高 体积小 无磨损 性能稳定 价 格适中等特点. 3 测试装置的改进试验 3.1 装置测试范围及试验对象 a. 试验装置内孔板流量的确定 按规范要 求,以风管系统允许最大漏风量为流量参考基准, 以 500 Pa 作为设计基点,小于 500 Pa 可为低压风 管测量, 最大流量指标 Qmax 为 6 m3/h m2;大于 500 Pa 作为中压风管测量,最小流量指标 Qmin为 2 m3/h m2. 按实际通风管被测风管表面积均大 于 20 m2的情况确定总流量. b. 标准孔板的选用 选用上海自动化仪表 一厂生产的角接取压标准孔板,其技术参数为 最小流量 Qmin 36 m3/h 最大流量 Qmax 130 m3/h 工作压力 pj 500 pa 工作温度 t 20 介 质 清洁空气 管 径 D 80 mm 孔 径 比 β 0.702 1 c. 装置工作时对下列数据进行测试 差 压 ∆p p1 - p2 工作压力 pj 工作温度 t d. 为符合实际工程的检测效果,试验时采用 模拟风管的办法,即在保证试验对象风管其他 部位严密无泄漏的前提下, 在矩形风管的末端封 堵面上开设多个漏风小孔阀,以模拟风管在不同 工作压力 不同面积情况下的漏风程度. 其中各 阀与被测风管面积对应关系为 0 - F1 1 - F2 2 - F3 3 - F4 3.2 漏风量计算的修正 97 规范 附录 A 中列出的漏风量计算公式, 其标准孔板的流束膨胀系数值及孔板流量系数 α 值图表,应是现行节流装置新国标流量测量 节流装置GB 2624-93[3] 中所提及的参考图表. 系统工作压力在孔板设计参数 pj 500 Pa时, 风管的漏风量可采用如下公式计算 pAQ n ∆ ρ εα 2 6003 1 式中 Q 漏风量, m3/h ε 气体流束膨胀系数 α 孔板的流量系数 An 孔板开口面积, m2 ρ 空气密度, kg/m3 ∆p孔板差压, Pa 如果试验装置的实际工作压力 pj有变化,则 应根据文献[3]所述的计算方法进行修正. 3.3 试验结果与分析 首先对变频调速风机的风压与输入电源频率 的关系进行了测试. 在中压范围内500 1 000 Pa 电机改变频率的情况下,模拟不同风管面积 Fi,测 出了一组工作压力 pj与风机频率 f 的关系. 从图 3 中的曲线看出, 测试系统工作压力与风机电机 频率的变化几乎成线性的关系. 由于 2 1 2j 1 j f f p p ≅ 2 因此在漏风量测试中,为及时把风管内的试验压 力调整到设定值,可以利用式2预先估算频率的 调整范围. 图 3 工作压力- 频率曲线 Fig. 3 Test pressure- frequency curve 同样,对标准孔板的差压变化与输入电源频率 的关系也进行了测试. 从图 4 中的一组孔板差压 变化曲线看, 在变频调压范围内有这样的趋势 初始低频段差压漏风量随频率工作压力增大 而上升,随后有最大值出现, 并且随漏风总量增大 极值点右移;之后继续增大频率,检测值有回落现 象并趋向稳定,继续升压到电机高频段,检测值又 有略微上升趋势. 其原因主要取决于变频风机额 定流量 全压范围及频率变化特性和模拟风管的 156 上 海 理 工 大 学 学 报 2001 年 第 23 卷 密封性及最大承压能力. 如果被测风管的密封性 较好,此时增大频率, 风压和风量也会增大,在某 个压力范围内,当流经孔板的风量大于该时刻的 真实漏风量,会引起被测风管内的静压升高,而使 差压读数偏大,出现极值假象;如果继续增大压力, 必会使风管接缝处密封面受到破坏, 漏风程度增 大, 流经孔板的风量与该时刻的真实漏风量基本 持平,差压读数回落并趋向稳定. 图 4 孔板差压-频率曲线 Fig.4 Orifice plates differential pressure-frequency curve 试验用漏风量测试装置主要以矩形风管在中 压范围500 1 500 Pa进行压力调整,通过试验有 以下结论. a. 无论被测风管的漏风情况如何,改变风机 频率可直接改变测试装置的工作压力,增加了装 置的应用范围. b. 对一定漏风程度的风管而言,当超出某个 指定试验压力点后,其漏风量有上下波动,总趋势 为压力升高漏风率增大. c. 矩形风管的漏风情况比较复杂,调压程度不 可太大. 因此对于表2 中建议的检测点,在实际操 作时应结合测试装置及测试对象的特点正确选用. 4 结束语 风管系统的严密程度是反映安装质量的一个 重要指标. 为了促进和提高通风和空调工程的施 工技术水平,满足洁净以及高标准智能通风的节 能要求,必须严格控制系统的漏风量. 此项测试装置的改进试验, 在上海市工业设 备安装公司下属分公司的支持下得以顺利进行. 就提高安装企业内部质量管理水平及实际工程测 试方面, 提供了一些可供参考的建议与数据. 相 信随着国家建设工程监督工作的深入开展, 漏风 量测试将会受到越来越多业内人士的支持和重视. 参考文献 [1] 沈晋明. ASHRAE 标准 62- 1989的修正对通风 空调行业的影响[J]. 暖通空调, 1998, 285 2833. [2] 张耀良, 耿润和, 施能树等. GB 50243-97 通风与空调 工程施工验收规范[S]. 北京 中国计划出版社, 1998. [3] 彭淑琴, 龙竹霖, 翟秀贞. GB/T 2624-93 流量测量节 流装置[S]. 北京 中国标准出版社, 1994. [4] 吴东鑫. 新型实用传感器应用指南[M]. 北京 电子 工业出版社, 1998. [5] 宝鸡传感器研究所. 压力传感器选型样本[Z]. 陕西 宝鸡 宝鸡传感器研究所, 2000. An improved experiment on duct leak check unit for ventilation and air conditioning works WANG Fang1, CHEN Er- tong1, HE Yun- hong1, CHEN Yu2 1. College of Power Engineering, University of Shanghai for Science and Technology, Shanghai 200093, China; 2. Shanghai Industrial Equipment Installation Co. Ltd., Shanghai 200080, China Abstract Duct leak check is a new item in the National Code- GB 80243-97 for construction and acceptance of ventilation and air conditioning works. The main s for duct leak check unit with throttling device, used in acceptance of ventilation and air conditioning works is introduced in the paper. Generally the duct system leakage rate is an important element in quality management and energy reduction. An experimental unit with standard orifice plate has been designed and installed with some improvement measures such as test fluepressure control and automatic wall pressure tapping. Key words ventilation; air conditioning; duct leak check; orifice plate; flue rate measure