環境干濕球溫度對空調器性能影響的試驗研究

王啟祥,盧清華,黃贊山

(1.廣東交通職業技術學院,廣東廣州,510800;2.廣東省海洋職業技術學校,廣東廣州,510320;3.廣東美的商用空調設備有限公司,廣東佛山,528311)

1 引言

目前,對空調器的研究主要集中在制冷部件,如高效的壓縮機、各種形式的肋片和內螺紋管[1]。采用PLC控制技術和變頻技術也同樣能達到節能的效果。然而,空調器運行所處的環境,包括室內外溫度、相對濕度、風速等對空調器運行性能影響也大不相同[1]。房間空調銘牌上標注的制冷量、耗功及制冷系數等參數都是在國家標準GB/T7725-2004規定的名義制冷工況下測得的 (即室內干、濕球溫度分別為27±0.3℃和19±0.2℃,室外干、濕球溫度分別為35±0.3℃和24±0.2℃)。由于我國各地區夏季平均溫度差異較大,空調器實際運行的環境工況與名義制冷工況有較大差別,所以空調器實際運行時的各項參數也與銘牌上標注的各項參數相差甚遠[2]。

干球溫度相同,濕球溫度不同的空氣,其相對濕度也不同,即空氣內含水量不同,因為含水蒸汽量的不同改變了空氣的換熱系數和比熱容,從而影響了傳熱。同時,若換熱器表面溫度低于對應濕度下的露點會出現凝露或結霜現象,改變了對流換熱的傳熱系數。本文借助空調器空氣焓差法測試室研究室內外空氣干、濕球溫度對空調器性能的影響。

2 試驗裝置及測試方法

2.1 試驗方法

以一款整機型號為KFR-90WT1-520的某品牌分體壁掛空調器為試驗機,通過改變室內濕球溫度和室外干球溫度,采用正交試驗法,進行多次試驗得出結果。

2.2 試驗裝置

本實驗在空調器空氣焓差法測試室中進行,根據單元式空氣調節機標準CB/T17758—1999的定義,空氣焓差法是利用測量室內側空調器機組進風口、出風口干濕球溫度所對應的空調器的制冷能力,試驗裝置如圖1所示。

圖1 空調器空氣焓差法測試示意圖

2.3 試驗儀表精度

熱電偶分辨率為0.1℃;功率表和電流表為0.5級;精密壓力表為0.2級。在測試房間空調制冷性能時應按照國標嚴格控制額定工況的偏差在規定的范圍內 (即干球溫度偏差為±0.3℃,濕球溫度偏差為±0.2℃),以保證測量數據的準確性[3]。

3 試驗結果及分析

3.1 室內外干、濕球溫度對空調器制冷量、耗功及制冷系數影響

由空調器空氣焓差法測試原理可知,空調器的制冷量可用如下公式計算[4]:

式中:

Q—空調器室內側測量的總制冷量,W;

wn—空調器室內側測量的風量,m3/s;

ha1—空調器室內側回風空氣焓值,J/kg(干);

ha2—空調器室內側送風空氣焓值,J/kg(干);

vn—室內側測量的空氣比容,m3/kg;

dn—室內測量的空氣含濕量,kg/kg(干)。

表1表示當室內干、濕球溫度不變 (分別為27℃、19℃)時,室外溫度變化時的測試與計算結果。表2表示當室外干、濕球溫度不變 (分別為35℃、24℃)時,室內溫度變化時的測試與計算結果。表3表示當室內和室外溫度同時變化時的測試與計算結果。

表1 室外側溫度變化時的測試結果

表2 室內側溫度變化時的測試結果

表3 室內外溫度同時變化時的測試結果

試驗測試表明[5],當室內干、濕球溫度不變,室外干、濕球溫度增大時,壓縮機的功耗加大,空調器的制冷量減少,導致制冷系數減少;當室外干、濕球溫度不變,室內干、濕球溫度稍有升高時,制冷量顯著增大,耗功略有增大,導致制冷系數增大 (當室內濕球溫度從15.38℃升高到22.9℃時,制冷量增大1535W,耗功增大240W,制冷系數從2.27增大到2.54),即微小的室內濕球溫度變化也會顯著影響家用空調制冷系統運行狀況和制冷性能;當室內外干、濕球溫度都增大時,壓縮機的功耗加大,空調器的制冷量減少,導致制冷系數減少。

3.2 室外干球溫度對空調器運行溫度及壓力的影響

如圖2～4所示,隨著室外干球溫度的升高,制冷系統的高壓側的溫度和壓力均明顯升高而低壓側的溫度和壓力略有上升。當室外干球溫度從30℃升高到40℃時,冷凝器中部溫度和排氣壓力分別升高6.9℃和310kPa,蒸發器中部溫度和吸氣壓力分別升高1.6℃和20kPa,即室外干球溫度對室外機運行的狀況影響顯著,而對室內機運行的狀況影響不明顯。

圖2 室外干球溫度對制冷系統高壓側溫度的影響

圖3 室外干球溫度對制冷系統低壓側溫度的影響

圖4 室外干球溫度對制冷系統壓力的影響

3.3 室內濕球溫度對空調器運行溫度及壓力的影響

如圖5～7所示,隨著室內濕球溫度的升高,制冷系統的高、低壓側的溫度和壓力均上升 (當室內濕球溫度從15℃升高到23℃時,冷凝器中部溫度和排氣壓力分別升高1℃和40kPa,蒸發器中部溫度和吸氣壓力分別升高1.2℃和20kPa。

圖5 室內濕球溫度對制冷系統高壓側溫度影響

圖6 室內濕球溫度對制冷系統壓力影響

圖7 室內濕球溫度對制冷系統壓力影響

4 結束語

通過上述試驗表明,室內濕球溫度變化和室外干球溫度變化均會影響空調器的性能,而且環境干、濕球溫度對空調器的性能影響顯著程度并不一樣[6]。

當室內濕球溫度變化時,空氣在流經室內蒸發器所析出冷凝水量也會發生變化,進而直接影響到制冷量,因此室內濕球溫度變化比室內干球溫度變化對房間空調制冷系統性影響顯著得多;

當室外干球溫度變化時,空氣在流經室外冷凝所放出的熱也會發生變化,進而直接影響到空調器的耗功,因此一般室外干球溫度變化比室內濕球溫度變化對房間空調制冷系統性能影響顯著得多。

在使用空調器時,保證室內外換熱器清潔、通風良好,可以提高空調器的經濟性,節約用電[7]。

[1] 劉洋,王芳,杜世春.環境工況對空調器運行性能的影響[J].暖通空調,2006,36(11):115-117

[2] 中華人民共和國國家質量監督檢驗檢疫總局.房間空氣調節器[S].(GB/T7725-2004)

[3] 何欽波,童明偉,龍建佑.環境工況對家用空調器性能的影響[J].流體機械,2007,35(7):63-66

[4] 齊淑芳,顧曉艷,彭飛.空調器空氣焓差法試驗的影響因素分析[J].制冷,2009,(6):36-37

[5] 謝堃,陳天及,余克志,等.環境溫濕度對陳列柜性能影響的實驗研究 [J].制冷學報,2007,(2):22-25

[6] Miyara A.Condensation heat transfer and flow pattern inside a herringbone-type micro-fin tube[J].International journal of refrigeration.2000(2)

[7] 吳玉琨,張宗新,邱興永.家用制冷設備原理與維修技術[M].人民郵電出版社,2001