空调舒适性测试用热源研究

杨瑞丽 王志坤 李子旭

（中家院（北京）检测认证有限公司，北京 100176）

随着社会的发展和生活水平的提高，人们对生活环境的舒适性要求越来越高，房间空调器的发展已逐渐由追求简单的制冷制热向追求舒适性的方向迈进。目前空调器的舒适性评价方法标准主要有GB/T 33658-2017《室内人体热舒适环境要求与评价方法》[1]、CQC 1604-2015《房间空气调节器舒适性认证技术规范》[2]、CHCT-JSGF-018-2016《房间空气调节器舒适性评价技术规范》[3]等。高文琪[4]对空调制冷舒适性的指标进行了研究分析。此外，有学者针对空调出风口形式[5]、出风口位置[6]、空调风口风速[7]等对热舒适的影响进行了研究。为模拟空调的实际运行情况，在舒适性试验过程中通常需要投入一定量的热负荷。现有标准中没有对热源做出明确规定。通常实验室以电加热作为热源，此外，GB/T 33658-2017 中给出一种参考方法，通过在室内侧天花板的四周设置开孔导入室外侧空气作为热源。不同的试验条件可能导致测试结果的差异。目前缺少针对空调舒适性测试用热源的相关研究。本文通过实际测试分析空调制冷舒适性试验过程中热源投入热量的大小、热源温度及热源位置对温度均匀度、温度波动测试结果的影响，为相关标准的制修订及空调设计开发人员提供参考。

1 研究方法

在如图1 所示的试验室中进行试验。试验室分室内侧和室外侧两部分，其中室内侧分为室内侧外室和室内侧内室，墙体结构均为保温库板。室外侧和室内侧外室温湿度可控，室内侧内室温湿度通过打开室内侧内室的门与室内侧外室换热来控制。

图1 试验室示意图

房间面积及房间内热电偶布置：室内侧内室房间尺寸为4.2 m×3.5 m×2.7 m（长×宽×高）。温度场每个平面测点数量为5×5，相邻测点间的距离为（0.5±0.01）m。垂直方向0.1 m、0.6 m、1.1 m、1.7 m 布置4 个测温点。

热源系统：主要由恒温水槽、毛细管网、水泵、变频器、流量计等组成。毛细管网敷设在图1 所示室内侧内室B 墙，尺寸为3 m×2.5 m（长×高）。通过测量毛细管网的进、出水温度及水流量计算投入房间的热量。通过调节进水温度、水流量来控制投入房间的热量。

试验样机及安装：试验样机为一台额定制冷量为3 500 W的变频分体式壁挂机，室内机安装在图1 所示A 墙距离门侧1/3 位置处，高度为2.3 m±0.1 m（空调器室内机下沿距地面高度）。

试验方法：（1）设定初始环境工况：室内侧干球温度（35±1）℃、湿球温度（24±0.5）℃；室外侧干球温度（35±1）℃、湿球温度（24±0.5）℃；（2）每隔5 s 采集一次数据，并运行至热稳定状态（每20 min 计算一次室内所有测点的平均值，连续3 个平均值的差值不大于1℃）；（3）打开试验样机（设定：制冷模式，27 ℃，水平方向出风，最大风速）及热源系统，立即关闭室内侧内室的门，同时室内侧外室温度设定为跟随室内侧内室变化，室外侧工况状态不变；（4）试验样机运行2 h 后，选取1 h 的数据进行计算（若有明显温度波动周期，选取不小于1 h 的完整周期数据进行计算）。

2 试验结果及分析

2.1 热源投入热量对测试结果的影响

2.1.1 热源投入热量对温度均匀度的影响

热源进水温度分别设定为35 ℃、34 ℃、33 ℃、32 ℃、31 ℃、30 ℃，实测进水温度在设定值±0.1 ℃范围内。通过调节水流量改变投入房间的热量，温度均匀度的测试结果如图2 所示。

图2 不同投入热量下的温度均匀度

受空调本身控制精度影响，环境条件设定完全相同时，空调的运行情况也不完全相同，因此测试结果会有一定波动。从图2 中可以看出大致趋势：（1）投入热量小于1 200 W 时，温度均匀度基本稳定在（0.32±0.02）℃范围内；（2）投入热量大于1 200 W 时，随着投入热量的增加温度均匀度逐渐增大。

房间内局部位置投入热量大于一定值时，投入热量越大，温度场越不均匀，温度均匀度测试值越大。因此，应充分考虑实际空调使用房间的得热量，来确定测试标准中的投入热量。

2.1.2 热源投入热量对温度波动的影响

对于单个测点温度波动，标准GB/T 33658-2017 和CQC 1604-2015 规定的计算方法相同。对于整个室内环境的温度波动，依据GB/T 33658-2017 计算为室内所有测点温度波动的平均值，依据CQC 1604-2015 计算为室内所有测点温度波动的加权平均值（不同位置测点具有不同的权重系数）。本文依据GB/T 33658-2017 规定的方法计算整个室内的温度波动，测试结果如图3 所示。

图3 不同投入热量下的温度波动

从图3 中可以看出，温度波动结果明显分为两个区间：（1）投入热量大于1 150 W 时，温度波动基本稳定在0.15～0.30 ℃范围内；（2）投入热量小于1 050 W 时，温度波动大于0.5 ℃。

温度波动的大小主要受空调的运行方式和控制精度影响。本次试验样机为变频空调，热源投入热量大于1 150 W 时，空调压缩机能够较稳定地保持在某一转速范围内运行，房间内的温度波动很小。当热源投入热量较小时，空调压缩机出现周期性的启停，房间内的温度波动增大。

2.2 热源温度、热源位置对测试结果的影响

由于以上试验热源进水温度最高35 ℃与最低30 ℃相差不大，且试验结果有一定的波动，为更好地分析热源温度对测试结果的影响，使用电加热（表面温度约为50 ℃）作为热源与上述试验进行对比。试验时电加热依次放置在A 墙、B 墙中心位置的地面上，距离墙体（0.1±0.01）m 位置处。电加热尺寸为0.76 m×0.11 m×0.60 m（长×宽×高）。测试结果如表1 所示。其中，为减小热源附近的不均匀温度场对测试结果的影响，表1 中带括号的数据为去除热源侧温度测点后计算的结果。例如，热源在B 墙侧，括号中的数据为去除图1 中1～5位置处共20 个温度测点后计算的结果。

表1 温度均匀度、温度波动测试结果

以表1 结果可以看出：（1）热源温度越高，温度均匀度的测试结果越大。（2）热源的放置位置会对温度均匀度的测试结果产生影响。（3）热源温度、热源位置对温度波动的测试结果没有明显影响。

空调运行时房间内形成一个不均匀的温度场，热源放置在低温区域或高温区域对温度均匀度测试结果的影响不同，且热源温度越高，影响越大。A 墙为室内侧和室外侧之间的隔墙，墙上设有玻璃窗，且试验时空调设置为水平方向出风，A 墙侧区域为房间内的高温区域，热源放置在A 墙侧时加剧了房间内温度的不均匀度。

3 结论

本文通过试验对比分析，得出以下结论：（1）向房间投入热量越大、热源温度越高，会导致房间内局部温度越高，温度均匀度测试值越大。（2）对于变频空调，向房间投入热量过小时，可能会导致空调压缩机出现周期性启停，房间内的温度波动增大。（3）热源放置位置影响温度均匀度的测试结果。热源放置在高温区域会加剧房间内温度的不均匀性。目前各标准对投入房间的热量规定不尽相同，为更准确地对空调器进行舒适性能评价，建议根据空调使用房间的实际得热量来确定试验过程中投入房间的热量。为避免出现不同实验室依据相同标准测试结果不一致的情况，有必要在测试标准中对热源的温度、放置位置等方面作出相关规定。