平衡环境型房间量热计新用法研究

杨为标 张永亮 胡 健 李 雪 黄俊斌

（珠海格力电器股份有限公司 珠海 519070）

引言

平衡环境型房间量热计是目前测定房间空气调节器制冷量、热泵制热量的最精确的量热计法，其工作原理是在室内侧与室外侧分别设置温度及湿度可控的套间，它可以同时在量热计的室内侧和室外侧测定空调器的制冷量或制热量[1]。

文献[2, 3]对制冷量的测试方法和平衡环境性房间量热计测试制冷量或制热量的主要影响因素进行了分析，其中影响制冷量测试精度的参数有中间隔墙隔热量、漏热量和冷凝水量，即在测试中，这3个量若能保持一致，测试结果误差就小，但是文献中没有就测试的效率和测试的成本进行分析。本文通过分析3个变量的特点，提出即保持测试精度满足要求，又提升效率和降低成本的方法。从而满足生产抽检过程中，提高试验台的效率，降低测试费用与人工成本的方法，并结合传统平衡环境型房间量热计的工作原理，测试精度满足要求，使得在一个热平衡台的基础上，变成“两个热平衡”，实现创新热平衡法可以等效替代传统热平衡法，提升试验样机测试效率。

1 测试原理

1.1 传统热平衡实验室系统测试原理

传统热平衡遵循能量守恒原理，测试时房间工况机提供制热量平衡空调器的制冷量，提供加湿量平衡空调器的除湿量，当二者完全平衡时房间温度保持恒定不变，房间工况为空调器实际运行时的工况，室内侧测得的数值即为空调器的实际能力[4]。室外侧起到辅助测试的作用，室外侧测得的数值用来验证实验结果的作用。

根据能量守恒定律室内侧的制冷量数据在室内侧房间温度场稳定不变后（一般需稳定4～6 h），与室内工况调节机组用于平衡被测机制冷量和除湿量所需投入室内侧的制热量和水量及中隔墙漏热量，周围隔墙漏热量的代数和为零，只要测得工况调节机组的总功率及中隔墙漏热量，周围隔墙漏热量就可以计算出室内测的制冷量。在传统热平衡法测试中室外侧的制热量数据也是采用能量守恒定律测得，与室内侧测得的制冷量原理相同。即在传统热平衡法测试时是同时对室内机的制冷量与室外机的制热量进行测试，当平衡比在4 %以内时认为实验数据有效，且以室内测得的制冷量数据为准。从热平衡的工作特点可以得出，在测制冷量时其有效值是通过室内侧测得，室外侧仅提供验证的，热平衡制冷量测试遵循能量守恒定律，即在一个密闭的空间中如果温度及湿度维持恒定不变，即可认为空调器的制冷量与房间内的热源数值相等。

传统测试系统原理如图1所示。

图1 传统热平衡实验室系统制冷量测试方法示意图

传统热平衡测试的缺点：由于实验时室外机单独摆放在室外侧内室，因此室外侧内室测出来的是室外机的“制热量”，而热平衡实验室进行空调器制冷量测试时只以室内侧内室测出来的是室内机的“制冷量”为准，室外机的“制热量”只起到一个验证的辅助作用。按此种方法测试导致测试时只能测试一套机器，降低了测试效率。

1.2 热平衡实验室系统创新应用

测试系统创新应用的布置如图2所示。

图2 新测试方法原理图

依据国标GB/T 7725-2004对实验室测试技术要求规定，房间空气调节器的制冷量可采用房间型量热计法进行测试，空调器测定的制冷量应以室内侧测得的值为准[5]。通过将室外机摆在套间，套间的工况调整到标准要求的工况，室内侧与室外侧都摆内机即可以同时用两个房间来进行有效的测试，也充分利用了套间可调工况的功能，实现对两套样机的同时测试。

1）室内侧内室测定的空调器（如图中的1#机）制冷量按下式计算[6]：

式中：

φtci—室内侧测得的空调器制冷量，W；

∑Pr—室内侧内室工况调节机的总输入功率，W；

hw1—室内侧内室加湿器用的水或蒸汽的焓值，kJ/kg；

hw2—室内侧内室空调器凝结水的焓值，kJ/kg；

Wr—室内侧内室被测空调器内的凝结水量，g/s；

φlp—由中间隔墙传到室内侧内室的漏热量，根据中间隔墙内外侧温度差值及漏热系数确定，W；

φlr—除了中间隔墙外，从周围隔墙通过墙面传到室内侧内室的漏热量，根据周围隔墙内外侧温度差值及漏热系数确定，W；

2）室外侧内室测定的空调器（如图中的2#机）制冷量按下式计算：

式中：

φtco—室外侧测得的空调器制冷量，W；

∑Po—室外侧内室工况调节机的总输入功率，W；

hw3—室外侧内室加湿用的水或蒸汽的焓值，kJ/kg；

hw4—室外侧内室空调器凝结水的焓值，kJ/kg；

Wo—室外侧内室被测空调器内的凝结水量，g/s；

φlp—由中间隔墙传到室内侧内室的漏热量，根据中间隔墙内外侧温度差值及漏热系数确定，W；

φloo—除了中间隔墙外，从周围隔墙通过墙面传到室外侧内室的漏热量，根据周围隔墙内外侧温度差值及漏热系数确定，W；

如进行的是一拖二空调制冷量实验，则总制冷量φt的计算公式为：

2 试验验证

2.1 制冷量测试

基于新测试方法原理图，两套样机室外机摆放在室外套间，如图3所示，使套间变成室外侧，从而存在2套室内侧，可同时进行2套样机制冷量测试。

图3 室外机在套间摆放图

传统方法单独测试12 kW和18 kW空调制冷量的测试界面如图4（a）和4（b）所示。采用新的方法同时测试12 kW和18 kW两套空调制冷量的测试界面如图4（c）所示。

图4 创新热平衡法测试界面

图4 创新热平衡法测试界面

两种方法制冷量的测试数据与偏差率如表1所示。

表1 制冷量测试数据与偏差率

2.2 制热量测试

同理，应用新旧方法对两套样机进行制热量测试对比，测试数据如下表2所示。

表2 制热量测试数据对比

2.3 数据分析

按传统热平衡法及创新热平衡法测试两套分体机制冷量，制热量，功率，能效比，性能系数偏差率均在1.5 %以内，符合热平衡实验室的测量不确定度要求[7]，说明创新热平衡法可以等效替代传统热平衡法。

另采用En值对采用传统方法和创新方法进行对比分析[8]，评价创新方法测试效果。

式中：

Q1、Q2—两种测试方法的制冷（热）量；

Ur1、Ur2—两种测试方法的不确定度，取1.5 %。

计算的En值如表3所示，从表3可知，En＜1.0，结果满意。

表3 En 值

3 结论

采取单独采集的特点，根据热平衡测量原理分别推导出室内侧内室、室外侧内室的制冷量及总制冷量计算公式，相当于在一个热平衡台上实现满足两套机组的热平衡测试，并进行了采用创新热平衡法与传统热平衡法的试验对比论证，并为保障测试一致性，采用2套不同冷量样机开展相关论证，对比验证结果表明：

1）制冷(热)量误差在1.5 %内，功率误差在0.5 %内，满足空调器测试精度的要求；

2）对两种测试方法进行En值分析，En＜1.0，结果满意，创新方法测试效果显著，创新热平衡法可以等效替代传统热平衡法；

本文提出的创新热平衡法所具有的优势：

1）在现有平衡环境型量热计的结构上充分利用套间可以调节工况的特点，创造性地将室外机放置在套间进行测试，使得被测外机工况可控且不需额外投入设备改造；

2）测试系统可以单独且准确采集室内、外测工况参数、功率参数、水流量等参数参与计算；

3）按创新方法测试只是没有平衡比，但测试时两套机器完全独立，互相无影响，测试精度满足成品机测试要求，相当于额外增加了一套热平衡实验室。

4）由于创新热平衡法测试方法将室外侧内室的测试能力不再用于辅助验证测试，而是独立进行制冷量能力测试，因此相对于传统热平衡测试方法，制冷能力测试范围增加一倍，有效测试面积也增加一倍。且部分出口地区如美国、欧盟、澳大利亚等国家指定使用热平衡测试，采用新方法可提高热平衡使用效率，更好地满足进口国测试标准要求。

5）2021 为确保完成十四五节能约束性指标以及推动实现碳达峰碳中和目标任务, 国家发改委印发了进一步完善能耗双控制度的通知，明确了能耗双控制度的总体安排，确保完成全年能耗双控目标, 按传统热平衡法需开冷冻机4台，工况机4台，控制台系统等每小时耗电量30 kW·h计，传统热平衡法一个制冷量工况需耗时6 h。而创新热平衡法可测2个制冷量工况，按创新热平衡法测试可节约30 kW·h×6=180 kW·h电量，节能效果显著。