《通風機系統能量平衡測試與計算方法》

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ICS 27.010

F 01

中華人民共和國國家標準

                                                           GB/T 13467—xxxx

    通風機系統能量平衡測試與計算方法  

    The methods of electric power balance test and calculation in fan system

                                 (修訂草稿)

xxxx-xx-xx 發布                                                 xxxx-xx-xx 實施

 中華人民共和國國家質量監督檢驗檢疫總局  

                                                                發布

  中  國  國 家 標 準 化 管 理 委 員 會            

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                                前    言  

   本標準按照GB/T 1.1-2009給出的規則起草。

   本標準與GB/T 13467-1992相比,主要變化如下：

   ——修改了標準的適用范圍，明確產品為11kW以上的由電動機驅動的離心式、軸流式交

流電氣傳動的通風機系統，不適用于輸送物料的風機機組及系統；

   ——刪除了規范性引用文件GB 1236、GB 2624、GB 8916、GB 2977，新增了規范性引用

文件GB/T 15913、GB/T 1032、GB/T 12497；

   ——修改了“有效接管點”術語，刪除了“通風機高效區”術語，增加了“通風機系統

運行效率”術語；

   ——刪除了第4章“測試的現場條件及要求”、第5章“測算的項目與內容”；

   ——新增了第4章“邊界條件”、第5章“測試要求”；

   ——合并了第6章“測試方法”和第7章“電能平衡的計算方法”，改為第6章“測試與

計算方法”；

   ——在第6章中增加了通風機效率的熱力學測試方法。

   本標準由全國能源基礎與管理標準化技術委員會提出并歸口。

   本標準起草單位：

   本標準主要起草人：

   本標準歷次發布版本情況為：

   ——GB/T 13467-1992。

                                                                           2

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              通風機系統電能平衡測試與計算方法

1  適用范圍  

   本標準規定了通風機系統電能平衡系統邊界、測試要求、測試與計算方法。

   本標準適用于 11kW       以上的由電動機驅動的離心式、軸流式交流電氣傳動的通風機系

統.。本標準不適用于輸送物料的風機機組及系統。

2  規范性引用文件  

   下列文件對于本文件的應用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，僅注日期的版本適

用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本 （包括所有的修改單）適用于本文件。

   GB/T 1032  三相異步電動機實驗方法

   GB/T 8222  用電設備電能平衡通則

   GB/T 10178  工業通風機現場性能試驗

   GB/T 12497  三相異步電動機經濟運行

   GB/T 13466 交流電氣傳動風機（泵類、壓縮機）系統經濟運行通則

   GB/T 15913 風機機組與管網系統節能監測

3  術語和定義  

   GB/T 13466和GB/T 10178確立的以及下列術語和定義適用于本標準。

3.1

   有效接管點 effective duct connection point

   通風機系統邊界輸出端與用風對象端面的分界點。

3.2

   有效通風壓力 effective ventilation pressure

   有效接管點處的全壓力。

3.3

   系統正常運行工況 normal operating conditions

   生產工藝流程規定通風機系統運行的實際工況。

3.4

   典型運行工況 typical operating conditions

   變負荷的通風機系統，按生產工藝流程要求調定的長期運行工況，該工況應具有年統計

平均值的代表性。

3.5

   通風機系統運行效率 fan system efficiency

   通風機系統運行時輸出的有效功率與電源開關輸出端的有功功率之比的百分數。

4  系統邊界的確定  

4.1 根據通風機系統現場條件，合理確定系統邊界范圍，如圖1所示。

                                                                          3

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                                                            系統邊界

                                     機組邊界

               調速裝置                   吸入管網

                            傳動                                     輸送目

電源              電動機                     風機          排送管網

                            機構                                      的地

                            圖1 風機機組及系統邊界劃分示意圖

4.2 通風機系統電能平衡框圖

   根據GB 8222 的規定確定系統能量輸入輸出邊界，繪制通風機系統電能平衡框圖（見圖

2）。系統電能輸入邊界為電源開關的電能輸入端;系統能量輸出邊界應為系統有效能量輸出

端，如主管網的末端。

                                                 風機系統邊界

      Wsr                                                    Wy

                     Wsd     Wst   Wsc     Wsf    Wsg

                           圖1  通風機系統能量平衡框圖  

W  —— 通風機系統電能平衡測算周期內輸入的總電能，kW ·h；W —— 通風機系統電能平衡測算周期內

sr                                               y

總有效能量，kW ·h；W ——電機在電能平衡測算周期內損失的總能量，kW ·h；W  —— 調速裝置在電

                 sd                                            st

能平衡測算周期內損失的總能量，kW ·h；W  —— 機械傳動機構在電能平衡測算周期內損失的總能量，

                                 sc

kW ·h；W  ——通風機在電能平衡測算周期內損失的總能量；W  —— 管網在電能平衡測算周期內損失的

       sf                                      sg

總能量，kW ·h。

5  測試要求  

5.1 測試前，應具備被測通風機系統的設備參數、能耗及運行等有關資料和必要的系統流程

圖樣。應制定測試方案，并繪制出現場測試記錄、計算表。

5.2 通風機系統輸入電能的邊界點測量部位，應取在電動機電源開關的出口端處。如采用調

速運行，并具有功率反饋的系統，其輸入邊界點的測量部位應取在反饋端的前緣。

5.3 通風機系統輸出能量邊界點的測量部位，可根據通風機系統流程的分布形式、管網布局

方式及生產工藝要求的不同而合理選定。一般通風機系統能量輸出邊界點的測量部位，應取

在輸出主管網的末端。如抽送風主管道有2條以上并聯的系統，則系統輸出能量邊界點的測

量部位，應分別取在各條抽送風主管道的末端處。

                                                                             4

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5.4 測試工況的確定

5.4.1 負荷穩定的通風機系統(即系統流量、壓力、生產工藝流程基本不變)，以設計運行工

況作為測試的基準工況。

5.4.2 負荷不穩定的通風機系統，應在負荷變化的周期內，選相對穩定的3～5 種典型運行

工況(包括最大負荷和最小負荷運行工況)作為測量的基準工況點。

5.5  儀器儀表精度要求

   測試所用的儀器、儀表應在檢定周期內，精度滿足以下要求：

      a) 交流功率表不低于1.5級；

      b) 電流、電壓表不低于0.5 級；

      c）電能表不低于2.0 級；

      d) 大氣壓力表度盤最小分度值不低于1hPa；

      e) 壓力差不低于0.5 級；

      f）環境溫度表不低于1.5 級；

      g）風速測量誤差不超過±2.0%；

      h ）轉速計數器：平均值測量誤差不超過±0.5%。

      i）用于熱平衡法流量測量的溫差測試儀測試誤差不超過±0.01 ℃。

5.6  測試過程讀數要求

   測量時同一工況下靜壓、流量、氣體密度等被測量參數應同時進行讀數，每種被測量參

數必須重復讀取3組以上的測量值。以各組讀數的平均值作計算值。

5.7  測量周期

5.7.1根據通風機系統的負荷變化周期、運行記錄及統計臺帳合理確定具有統計意義的測量

周期。

5.7.2如采用連續在線監測方法，數據記錄應覆蓋所有的典型工況，并包括輸入功率、流量、

壓力、溫度等數據。

6  測試和計算方法  

6.1 通風機系統的電能利用率的計算

6.1.1  通風機系統電能平衡公式

                          W    W  +W        ……………………………………（1）

                           sr    y   s

式中， ——風機系統在電能測算周期內損失的總能量，kW ·h。

     W

       s

           W   W   +W  +W   +W   +W         ……………………………………（2）

            s    sd   st   sc  sf   sg

6.1.2  通風機系統的電能利用率計算公式

                            W

                       H      y ×100%       …………………………………（3）

                         y  W

                             sr

或

                                                                          5

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                           ?  W ?

                      H    ?1- s    ?×100%         …………………………………（4）

                        y  ? W      ?

                           ?     sr ?

式中：  ——風機系統的電能利用率。

      H

        y

6.2 通風機系統運行效率的測試和計算

6.2.1 通風機系統輸入總電能和輸入有功功率的測試和計算

6.2.1.1 通風機系統輸入有功功率的測試，采用符合5.5規定的電能表、交流功率表或其他

方法進行。

6.2.1.2通風機系統輸入總電能的計算公式

                                 W    P  ×t        …………………………………（5）

                                   sr   sr

式中： ——通風機系統輸入有功功率，kW；

      P

       sr

      t—— 電能測算周期，h。

6.2.2有效輸出能量W  的測試和計算

                    y

6.2.2.1 流量的測試和計算

      a) 按GB/T 10178-2006 中第8 條的規定進行測試。

      b ）按GB/T 1591-2009 中第5.9 條的規定通過動壓進行測算。

6.2.2.2 壓力的測試和計算

      a) 按GB/T 15913-2009 中第5.7 條的規定分別進行靜壓和動壓的測試。

      b) 采用風速計直接測量氣體流速，按以下公式計算有效通風壓力：

                     ρ2y   2         ρ1y   2

          P (P     +  V ) -(P      +  V )          …………………………………（6）

            y    2y   2   2y     1y   2   1y

式中： ——有效通風壓力，Pa；

      P

       y

      P  ——通風機進口側有效接管點靜壓，Pa；

       1y

      P  ——通風機出口側有效接管點靜壓，Pa；

       2y

                                                    3

      ρ1y  ——通風機進口側有效接管點氣體密度，kg/m 。

                                                    3

      ρ2y ——通風機出口側有效接管點氣體密度，kg/m ；

     V1y  ——通風機進口側有效接管點氣體流速，m/s。

     V2y  ——通風機出口側有效接管點氣體流速，m/s。

6.2.2.3通風機系統總有效能量和有效功率的計算

6.2.2.3.1 通風機系統有效功率的計算

                                                                                 6

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                                          QPK

                                    P        y y  yP      …………………………………（7）

                                     yP      1000

式中：P ——通風機系統有效功率，kW；

        yP

                                                   3

      Qy  ——通風機出口側有效接管點流量，m /s；

       K ——有效通風壓力對應壓縮性修正系數。

         yP

6.2.2.3.2 通風機系統總有效能量的計算

    電能測算周期內通風機系統總有效能量按公式8 計算

                                W     P  ×t        …………………………………………（8）

                                  y     y

式中： —— 電能測算周期內通風機系統總有效能量，kW ·h 。

       W

         y

6.3通風機機組運行效率的測試和計算

6.3.1根據通風機系統電能平衡測試的結果，結合實際測試需要，可進一步對通風機機組運

行效率進行測試和計算，以調整優化。

6.3.2 通風機機組運行效率的計算

    通風機機組運行效率按公式9計算

                            η η η η η                     …………………………………（9）

                                     × × ×

                              j     d   t    c    f

式中： ——通風機機組運行效率，用%表示；

      ηj

      ηd —— 電機效率，用%表示；

      ηt  ——調速裝置效率，用%表示；

      ηc ——傳動機構效率，用%表示；

      ηf ——通風機效率，用%表示。

        并聯機組總效率按公式（10）計算

                                   n

                                  ∑P

                                       yf

                                         i

                            η  i n1        ×100%          …………………………………（10）

                                   ∑P

                                       sr

                                         i

                                   i 1

式中：P        ——第i 臺通風機輸出功率，kW；

        yf  i

       P   ——第i 臺通風機輸入有功功率，kW。

        sr

          i

6.3.3 電機效率可按以下三種方式之一獲得：

        a) 按GB/T 12497 的規定進行測試計算；

        b) 按GB/T 1032 的規定進行測試計算；

        c) 用被測電動機的特性曲線查取運行效率。

6.3.4傳動機構效率

                                                                                              7

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   傳動機構效率根據傳動形式可從表1 查取。

                  表1 傳動機構效率值                                       單位：％

                                           膠帶傳動

傳動形式         同軸直聯 連軸器傳動                                       機械調速裝置傳動

                                      V 型帶        普通平帶

傳動效率           100       99-99.5      96-97        93-97        產品樣本提供

6.3.5 調速裝置效率的測試和計算

6.3.5.1 調速裝置為變頻調速時，應采用鐵磁式或整流式儀表測試調速裝置輸入電功率和輸

出電功率，調速裝置效率按式11計算

                           P

                      ηt    sct ×100%       ………………………………… （11）

                           P

                            srt

      式中：

      ηt  ——調速裝置運行效率；

      Psct ——調速裝置輸入電功率，kW；

      P ——調速裝置輸出電功率，kW。

       srt

6.3.5.2 采用串級調速時，調速裝置運行效率的測試與測試單臺交流電動機方法相同，此時

測得的運行效率是串級調速裝置與電動機運行效率的乘積。

6.3.5.3 采用液力耦合器調速時，調速裝置的運行效率按液力耦合器的效率測試方法進行，

也可由產品說明書查取。

6.4 通風機效率的測試和計算

6.4.1 流量-壓力法適用于具備流量和通風機軸功率精確測試條件的場合，熱力學法適用于

流量無法測試或精度不易控制的通風機系統。

6.4.2 流量-壓力法

6.4.2.1 通風機效率按公式 （12）計算

                           P

                      ηf    yf ×100%         ………………………………（12）

                           P

                            a

式中：  ——通風機輸出功率，kW；

     P

      yf

     P——通風機軸功率，kW；

      a

6.4.2.2通風機軸功率測試和計算應采用GB/T 10178-2006 中9.3.2 的方法。

6.4.2.3通風機輸出功率按公式 （13）計算：

                                                                         8

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                           QPKP

                       P                 ……………………(13)

                        yf   1000

       式中：

       P ——通風機輸出功率，kW；

        yf

                                3

       Q——通風機出口側流量，m /s；

       KP  ——全壓對應壓縮性修正系數。

6.4.2.4 通風機輸出功率相關參數的測試

6.4.2.4.1流量的測試

   a）除按照GB/T 10178、GB/T 15913     中規定的測量方法外，也可按本標準5.5 中儀表的

準確度要求，采用熱式流量計、風速計等其他氣體流量計測量。

   b ）流量計的安裝位置可根據測量要求和現場條件選定。但流量計前后管道必須保證有

相應長度L 的同直徑直管段(根據流量計產品說明書要求)。如現場條件不具備要求時，允許

對直管段長度作適當的修正或調整，但在測量時，應增加流量測量的次數和讀數值的組數。

6.4.2.4.2全壓的測試

   a）按GB/T 15913   中規定的測量方法；

   b ）按本標準5.5 中的準確度要求直接測量靜壓，再通過通風機流量計算動壓。

6.4.3 熱力學法

6.4.3.1 通風機靜壓?P  的測試和計算

   a)  通風機進、出口側靜壓應按GB/T 10178 的規定進行測試。

   b ）通風機靜壓差按公式（14）進行計算。

                                   (P  - P )

                             ?P     2   1      ………………………………（14）

                                    ρ*g

式中：?P ———        通風機靜壓差，m；

     P1 ———    通風機進口側靜壓，Pa；

     P2———     通風機出口側靜壓，Pa；

                             3                          3

       ———     氣體密度，kg/m ，對于標況干空氣 =1.29kg/m ；

     ρ                                       ρ

                             2

     g ———     重力加速度，m/s  ；

6.4.3.2通風機進口側和出口側間溫升的測試和計算

6.4.3.2.1 溫度的測試

   a）應將溫度測試點選取在距通風機進、出口外側0.5m 以內的管道上；

   b）測量時，溫度測量探頭插入管道深度應為管道直徑1/3~1/2；

6.4.3.2.2溫升的計算

                                                                          9

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   a）滯止溫升的計算

                                  ?V(k-1)

                           ?t                    ……………………………………（15）

                              μ     2kR

式中：?t ———滯止溫升，℃；

        μ

     k  ——— 氣體絕熱常數，對于干空氣，k=1.4；

     ?V   ——— 流體未受阻時，風機進口、出口流體流速差，m/s；

        ——— 氣體常數，對于干空氣， =286 J/ （kg ·K）。

     R                                  R

   b）等熵溫升的計算

                                                  k -1

                           9.8k                P

                     t              P   v       2  k

                   ?s              * * [1-(      )   ]   …………………………（16）

                                     1   1

                         C  (k -1)             P

                           p                    1

式中：?t      ——— 等熵壓縮溫升，℃，對于干空氣等熵溫升為

        s

                     P   0.286

                       2

?ts   -0.0283*P [1-(     )   ] ；

                1

                      P

                       1

          ——— 氣體定壓比熱，J/ （kg ·K），對于干空氣 =1004                        J/ （kg ·K）；

      C                                                  C

        p                                                  p

                                                                              3

         ———      通風機進風管中氣體壓力為 、溫度為 時的比容，單位為m /kg，對

      v                                     P           t

       1                                      1         1

                    3

于干空氣v1=0.8302 m /kg 。

   c）損耗溫升的計算

                           ? ?t     -?t   -?t           ……………………………（17）

                            t

                                  R     μ     s

式中：?t       ——— 損耗溫升，℃；

      ?tR  ——— 實際溫升，℃；

6.4.3.2.3通風機效率計算。

                                        V V

                              ρ ?         2    1

                           k * * P +(       -   )

                                         2g  2g

            ηf                                              ×100%         ………（18）

                                               ?

                               V V        C   * t

                     ρ ?         2   1      p

                 k * * P +(       -    ) +        +Em   +E

                               2g   2g       g

式中：ηf     ——— 通風機效率，%；

      ?t  ——— 通風機的損耗溫升，℃；

     V1 ——— 通風機進風口氣體流速，m/s；

     V2 ——— 通風機出風口氣體流速，m/s；

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  ——— 氣體密度系數，m /kg，對于標況干空氣 =1 m /kg；

k                                                 k

E  ——— 通風機機體與環境熱交換的單位體積能量，m；

 m

E  ——— 密封及軸承摩擦損失的單位體積能量和，m。

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