空調(diào)系統(tǒng)凝結(jié)水對(duì)空氣焓差法測(cè)試的影響分析

程鎮(zhèn)，齊淑芳

（合肥通用機(jī)械研究院，安徽 合肥 230031）

空調(diào)系統(tǒng)凝結(jié)水對(duì)空氣焓差法測(cè)試的影響分析

程鎮(zhèn)，齊淑芳

（合肥通用機(jī)械研究院，安徽 合肥 230031）

本文介紹了空調(diào)系統(tǒng)性能測(cè)量中空氣焓差法的基本原理，結(jié)合空氣焓差法計(jì)算方法與空調(diào)器的實(shí)際運(yùn)行情況，分析了空氣焓差法測(cè)試過(guò)程中凝結(jié)水對(duì)空調(diào)器性能測(cè)試過(guò)程造成的具體影響。

空調(diào)系統(tǒng)；空氣焓差法；凝結(jié)水

目前制冷行業(yè)衡量空調(diào)性能的參數(shù)主要包括制冷量、制冷消耗功率、能效比，空調(diào)性能測(cè)量方法從原理上可分為房間量熱計(jì)法、空氣焓差法、風(fēng)管熱平衡法。房間熱平衡法的測(cè)量結(jié)果最為準(zhǔn)確，但由于其測(cè)試裝置投資昂貴、結(jié)構(gòu)精密、操作復(fù)雜，很大程度上限制了使用和推廣。空氣焓差法因其設(shè)備投資少、操作簡(jiǎn)便、相對(duì)能耗低，得到了廣泛認(rèn)可。本文針對(duì)空氣焓差法，從其基本原理出發(fā)，結(jié)合空調(diào)的實(shí)際運(yùn)行情況，對(duì)性能測(cè)試過(guò)程的系統(tǒng)誤差進(jìn)行分析，探討誤差產(chǎn)生的原因和造成的不利影響，旨在對(duì)空調(diào)性能測(cè)試方法進(jìn)行優(yōu)化和修正。

1 空氣焓差法基本原理

空氣焓差法實(shí)際上就是通過(guò)測(cè)量室內(nèi)側(cè)空調(diào)器機(jī)組進(jìn)風(fēng)口、出風(fēng)口干濕球溫度、大氣壓力，計(jì)算出空調(diào)進(jìn)出口空氣的焓值，同時(shí)測(cè)量空調(diào)器機(jī)組的風(fēng)量，由風(fēng)量與進(jìn)出口焓值差來(lái)計(jì)算空調(diào)器的制冷或制熱量。在測(cè)量制冷量的同時(shí)，測(cè)出被測(cè)空調(diào)機(jī)組的消耗功率，從而計(jì)算出空調(diào)機(jī)組的能效比及其他參數(shù)，其原理如圖1所示。

制冷量的計(jì)算可按下式計(jì)算：

式中：Q為空調(diào)器的制冷量；qn為空調(diào)器室內(nèi)側(cè)測(cè)量的風(fēng)量；h1為空調(diào)器室內(nèi)側(cè)進(jìn)口空氣的焓值；h2為空調(diào)器室內(nèi)側(cè)出口空氣的焓值；vn為室內(nèi)側(cè)測(cè)點(diǎn)處的空氣比容；dn為室內(nèi)側(cè)測(cè)點(diǎn)處的空氣濕度。

2 空氣焓差法系統(tǒng)誤差分析

由前文分析可知，空氣焓差法測(cè)量空調(diào)機(jī)組的制冷量是通過(guò)空調(diào)器進(jìn)風(fēng)與出風(fēng)空氣比焓的差值計(jì)算得出的。由于濕空氣是由干空氣和水蒸氣組成的混合物，因此濕空氣的焓值為干空氣的焓與水蒸氣的焓之和，可表達(dá)為：

圖1 空氣焓差法測(cè)量原理圖

式中，H為濕空氣的焓值；ma、ha分別為濕空氣中干空氣的質(zhì)量與焓值；mv、hv分別為濕空氣中水蒸氣的質(zhì)量與焓值。

考慮到熱力過(guò)程中干空氣的含量是常量，故濕空氣的比焓是相對(duì)于單位質(zhì)量干空氣的比焓，濕空氣的比焓可表示為：

式中，h為濕空氣的比焓；w為含濕量。

取0℃干空氣的焓值為零，則任意溫度t的干空氣焓為：

式中，cp,a為干空氣的定壓比熱容。

工程中常用下述經(jīng)驗(yàn)公式來(lái)計(jì)算濕空氣的比焓：

（5）式對(duì)于濕空氣焓值的計(jì)算，是將干空氣和水蒸氣的定壓比熱都近似為常數(shù)，即干空氣的定壓比熱為1.005kJ/(kg·K)，水蒸氣的定壓比熱為1.86 kJ/(kg·K)，0℃時(shí)水的汽化潛熱為2501kJ/kg。（5）式中第一部分物理意義表示為1kg干空氣從溫度t冷卻到0℃所釋放的熱量；第二部分表示wkg的水蒸氣從溫度t冷卻到0℃所釋放的熱量與0℃的水蒸汽凝結(jié)為0℃的水所釋放的熱量之和。干空氣在0℃的比焓為零，而水蒸氣焓值的零點(diǎn)定為0℃的水，即0℃水的比焓為零。

若將濕空氣中干空氣和水蒸氣的定壓比熱看成是溫度的函數(shù)，同時(shí)假設(shè)試驗(yàn)時(shí)房間空調(diào)器室內(nèi)側(cè)進(jìn)口干球溫度為t1，含濕量為w1，出口干球溫度為t2，含濕量為w2，則空調(diào)器進(jìn)出口空氣的焓值可表示為：

式中，h1、h2分別為空調(diào)器進(jìn)出口濕空氣的焓值；cp,a( t )、cp,w( t)分別指干空氣和水蒸氣的定壓比熱；r0為水在0℃時(shí)的汽化潛熱。

濕空氣從溫度t1降到溫度t2時(shí)的去濕量Δw =w1-w2，根據(jù)以上分析，空調(diào)器的制冷量Q可表示為：

經(jīng)簡(jiǎn)化可得：

上式所述的制冷量包括空調(diào)器的顯熱制冷量和潛熱制冷量?jī)刹糠郑@熱制冷量表明含濕量為w1的濕空氣從溫度t1降到溫度t2所釋放出的能量，因此顯熱量Qs可表示為：

另一部分潛熱制冷量等效于去濕量為Δw的水蒸氣在溫度t2所包含的全部能量，因此空調(diào)器的潛熱制冷量QL可表示為：

式（11）所述的是去濕量為Δw的水蒸氣在溫度t2時(shí)的焓值。

水蒸氣從溫度t2冷卻到0℃釋放出的熱量為，0℃的水蒸氣凝結(jié)成0℃的飽和水釋放的潛熱為Δw·r0，按照公式（10）的算法，排出的冷凝水中能量為0，隱含了排出水溫度為0℃的假定。然而在空調(diào)實(shí)際運(yùn)行中，排出的凝結(jié)水大多為15℃左右，而非0℃，因此用空氣焓差法來(lái)計(jì)算空調(diào)器的制冷量存在一定的誤差。

假定排出的冷凝水溫度為t2，此時(shí)排出的水中還包含有殘余的能量未被熱交換器所吸收掉，不妨將這部分未吸收的熱量稱為“能量殘余”。將式(11)所表示的能量釋放路線進(jìn)行變換：設(shè)溫度為t2的水蒸氣先冷凝為溫度t2的水，然后溫度t2的水再冷卻到0℃。如前所述，這兩條路線釋放的能量是相同的，這樣(11)式就變?yōu)椋?/p>

如果排出的冷凝水溫度為t2，則這部分能量殘留在冷凝水中并隨冷凝水一起排掉，于是空調(diào)器的潛熱制冷量只剩下，比(11)式要小。在《房間空調(diào)器標(biāo)準(zhǔn)GB/T 7725-2004》中用空氣焓差法計(jì)算全熱制冷量時(shí)，并未對(duì)殘留在冷凝水中的能量進(jìn)行考慮，也就是說(shuō)，從能量平衡的角度來(lái)看，在房間空調(diào)器標(biāo)準(zhǔn)中的焓差法計(jì)算式中，制冷量被放大了，放大量約為去濕量Δw的冷凝水從大約15℃降到0℃所需的制冷量，假設(shè)Δw所對(duì)應(yīng)的去濕量為1kg/h，則這一部分制冷量大約為18W。

從濕空氣的角度來(lái)考慮，冷凝水中所殘留的能量隨著冷凝水的排放而減除，從而也就不必考慮其中還存在多少能量殘余。因此，使用濕空氣焓差法來(lái)表征空調(diào)器的制冷量在用戶體驗(yàn)效果上，與將冷凝水冷卻到0℃后排放是等效的。但若從空調(diào)器本身的功耗效率上來(lái)看，空氣焓差法實(shí)際上是將其放大了，而且放大量會(huì)隨著空調(diào)器出口溫度的提高而增加。

3 結(jié)語(yǔ)

本文從空氣焓差法的基本原理出發(fā)，通過(guò)對(duì)空調(diào)器進(jìn)出口空氣焓值計(jì)算，結(jié)合實(shí)際運(yùn)行情況，得出了以下結(jié)論。

（1）空氣焓差法測(cè)量空調(diào)系統(tǒng)制冷量在原理上存在一定的誤差，沒(méi)有考慮空調(diào)系統(tǒng)所排出凝結(jié)水的能量。

（2）由于空調(diào)系統(tǒng)所排出的凝結(jié)水量所占空調(diào)器的制冷量比例很小，故用空氣焓差法來(lái)測(cè)量空調(diào)器的制冷量是可行的。

（3）空氣焓差法計(jì)算空調(diào)器本身的功耗效率會(huì)大于真實(shí)效率，放大量隨著空調(diào)器出口溫度的提高而增加。

[1]GB/T 7725-2004房間空氣調(diào)節(jié)器[S].北京:中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2004.

TU831.3

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1671-0711（2017）01（下）-0076-02