焓差室回风口处干湿球温度取样器内不同风速下额定制冷量偏差的计算方法

/.山东省计量检测中心；.山东省计量科学研究院

0 引言

室内侧空气焓值法中，环境湿度对测量结果的影响很大，因此，焓差室回风口处干湿球温度取样器所采集的数据准确度便至关重要。由于用干湿球法测定环境温湿度存在诸多影响因素，这里着重就风速对环境湿度测量结果的影响进行分析，结合试验数据给出了不同风速下额定制冷量偏差的计算方法，可以在一定程度上便于估算干湿球温度取样器内不同风速对测量结果的影响程度。

1 原理介绍及影响量分析

由GB/T 7725-2004《房间空气调节器》可知，空气焓值法是一种测定空调器制冷、制热能力的试验方法，它对空调器的送风参数、回风参数以及循环风量进行测量，用测出的风量与送风、回风焓差的乘积确定空调器的制冷、制热能力。焓差室试验装置布置见图1，计算见式（1）

图1 焓差室试验装置布置

qmi——空调器室内侧风量，m3/s；

ha1——空调器室内侧回风空气焓值（干空气），J/kg；

ha2——空调器室内侧出风空气焓值（干空气），J/kg；

Vn'——测点处湿空气比容，m3/kg；

Wn——测点处空气湿度，kg/kg（干空气）

其中ha1可表示为

ha1=1.01t1+W1(2 500+1.84t1)

式中：t1——室内侧回风干球温度，℃；

W1——室内侧回风口空气含湿量，kg/kg（干空气）

W1可表示为

式中：tw1——室内侧回风湿球温度，℃；

dsw1——室内侧回风口饱和空气含湿量，kg/kg（干空气）

ha2可表示为

ha2=1.01t2+W2(2 500+1.84t2)

式中：t2——室内侧出风干球温度，℃；

W2——室内侧出风口空气含湿量，kg/kg（干空气）

W2可表示为

式中：tw2——室内侧出风湿球温度，℃；

dsw2——室内侧出风口饱和空气含湿量，kg/kg（干空气）

通过以上内容可以得出参与运算的基础测量量有以下几个，1）室内侧回风干球温度t1；2）室内侧回风湿球温度tw1；3）室内侧出风干球温度t2；4）室内侧出风湿球温度tw2；5）喷嘴前干球温度t3；6）大气压p；7）喷嘴前静压p2；8）喷嘴前后压差Δp；9）喷嘴直径D。

通过不确定度分析中的灵敏系数可以得到各基础测量量的不确定度分量，并了解各分量对测量结果的影响力，分析结果见表1。

表1 测量不确定度分量汇总

可以看出，室内侧回风湿球温度tw1对测量结果的影响力最为显著。为了更加直观地展现其影响力，分别选取了额定制冷能量为2 700 W、4 500 W和5 200 W的窗式空调标准机为被测对象，在GB/T 7725-2004中规定的T1工况下进行试验，在不改变其他试验条件，仅调整室内侧湿球“bs值”的情况下，来验证回风口处干湿球温度取样器内湿球温度偏差对测量结果的影响力，试验数据见表2。

表2 湿球在不同“bs值”设定下额定制冷量测试数据

通过计算可以得出，湿球温度每发生0.03 ℃的偏差，环境相对湿度会发生0.2 % RH的变化，对应表2额定制冷量会发生17 W的变化。

2 风速对环境湿度的影响

干湿球法是常用的测定环境温湿度的方法，这种方法有准确、稳定、低成本的优点，但同时也有较高的使用要求。例如流经干湿球的风速、纱布与湿球的匹配程度、纱布入水长度、纱布更换频次、水质等因素，都会不同程度地影响环境湿度的测量结果。查阅相关资料得知，环境湿度的测量结果与风速和周围空气中的水分含量成某种函数关系，详见式（2）～（5）。

式中：U——环境相对湿度，% RH；

t——干球温度，℃；

tw——湿球温度，℃；

ew——湿球温度下的饱和水汽压，Pa；

es——干球温度下的饱和水汽压，Pa；

A——干湿球系数；

p——大气压力，Pa；

v——风速，m/s

假定在GB/T 7725-2004规定的T1工况下，干湿球温度取样器中其他条件均为理想状态，仅改变风速的情况下，通过公式计算得到结果见表3。

表3 不同风速下相对湿度的理论值

由表3可得相对湿度随风速变化走势图，详见图2。

图2 相对湿度随风速变化走势

3 不同风速下额定制冷量的偏差

GB/T 7725-2004《房间空气调节器》C.1.3中要求“流过湿球温度计处的气流速度不小于5 m/s”，为提高测量结果的准确度，需保证风机运行平稳且无严重发热和振动，尽可能使用小功率风机更容易实现目标，因此，这里以风速5 m/s作为参考点，由表3可知对应的相对湿度参考点为46.5 % RH。由上文试验数据可知：“环境相对湿度会发生0.2 % RH的变化，相应的被测空调器额定制冷量会发生17 W的变化，”其他风速值与相应参考点的偏差对应关系见表4。

表4 不同风速对应额定制冷量偏差

由表4可以看出，数据变化趋势并不规律，则考虑对数据进行分段拟合，所得拟合曲线见图3、图4。所得拟合公式如下，风速小于等于5 m/s时，使用公式y=3.590 7x4-52.606x3+284.34x2-681.11x+629.18计算额定制冷量的偏差。风速大于5 m/s时，使用公式y=0.000 4x4-0.015 9x3-0.001 2x2+4.644 3x-20.73计算额定制冷量的偏差。

图3 风速小于等于5 m/s时额定制冷量偏差随风速变化走势

图4 风速大于5 m/s时额定制冷量偏差随风速变化走势

4 结语

使用此方法可快捷地针对不同风速下制冷量的偏差进行评估，为简化试验流程、提高试验效率提供了一种可行有效的计算方法。

Calculation method of rated cooling capacity deviation under different wind speeds in wet and dry bulb temperature sampler at return air outlet of enthalpy difference chamber

Kong Fanhai1，Liu Hanyang2，Deng Linjuan2，Yang Lei2，Yue Hongxia1，Liu Yuan1
（1.Shandong Metrology Testing Center Jinan；2.Shandong Institute of Metrology and Science Jinan）

Abstract:The indoor air enthalpy method is the most common method to measure the cooling capacity,in which the ambient humidity has a great influence on the measurement results of the cooling capacity,and the wind speed in the wet and dry bulb temperature sampler is one of the influencing factors.In this paper,the calculation method of the rated cooling capacity deviation under different wind speeds in the wet and dry bulb temperature sampler at the air return outlet is given by means of mathematical formula derivation and empirical data.

Key words:air-enthalpy test method; wind speed; relative humidity