焓差室回風口處干濕球溫度取樣器內不同風速下額定制冷量偏差的計算方法

/.山東省計量檢測中心；.山東省計量科學研究院

0 引言

室內側空氣焓值法中，環境濕度對測量結果的影響很大，因此，焓差室回風口處干濕球溫度取樣器所采集的數據準確度便至關重要。由于用干濕球法測定環境溫濕度存在諸多影響因素，這里著重就風速對環境濕度測量結果的影響進行分析，結合試驗數據給出了不同風速下額定制冷量偏差的計算方法，可以在一定程度上便于估算干濕球溫度取樣器內不同風速對測量結果的影響程度。

1 原理介紹及影響量分析

由GB/T 7725-2004《房間空氣調節器》可知，空氣焓值法是一種測定空調器制冷、制熱能力的試驗方法，它對空調器的送風參數、回風參數以及循環風量進行測量，用測出的風量與送風、回風焓差的乘積確定空調器的制冷、制熱能力。焓差室試驗裝置布置見圖1，計算見式（1）

圖1 焓差室試驗裝置布置

qmi——空調器室內側風量，m3/s；

ha1——空調器室內側回風空氣焓值（干空氣），J/kg；

ha2——空調器室內側出風空氣焓值（干空氣），J/kg；

Vn'——測點處濕空氣比容，m3/kg；

Wn——測點處空氣濕度，kg/kg（干空氣）

其中ha1可表示為

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

式中：t1——室內側回風干球溫度，℃；

W1——室內側回風口空氣含濕量，kg/kg（干空氣）

W1可表示為

式中：tw1——室內側回風濕球溫度，℃；

dsw1——室內側回風口飽和空氣含濕量，kg/kg（干空氣）

ha2可表示為

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

式中：t2——室內側出風干球溫度，℃；

W2——室內側出風口空氣含濕量，kg/kg（干空氣）

W2可表示為

式中：tw2——室內側出風濕球溫度，℃；

dsw2——室內側出風口飽和空氣含濕量，kg/kg（干空氣）

通過以上內容可以得出參與運算的基礎測量量有以下幾個，1）室內側回風干球溫度t1；2）室內側回風濕球溫度tw1；3）室內側出風干球溫度t2；4）室內側出風濕球溫度tw2；5）噴嘴前干球溫度t3；6）大氣壓p；7）噴嘴前靜壓p2；8）噴嘴前后壓差Δp；9）噴嘴直徑D。

通過不確定度分析中的靈敏系數可以得到各基礎測量量的不確定度分量，并了解各分量對測量結果的影響力，分析結果見表1。

表1 測量不確定度分量匯總

可以看出，室內側回風濕球溫度tw1對測量結果的影響力最為顯著。為了更加直觀地展現其影響力，分別選取了額定制冷能量為2 700 W、4 500 W和5 200 W的窗式空調標準機為被測對象，在GB/T 7725-2004中規定的T1工況下進行試驗，在不改變其他試驗條件，僅調整室內側濕球“bs值”的情況下，來驗證回風口處干濕球溫度取樣器內濕球溫度偏差對測量結果的影響力，試驗數據見表2。

表2 濕球在不同“bs值”設定下額定制冷量測試數據

通過計算可以得出，濕球溫度每發生0.03 ℃的偏差，環境相對濕度會發生0.2 % RH的變化，對應表2額定制冷量會發生17 W的變化。

2 風速對環境濕度的影響

干濕球法是常用的測定環境溫濕度的方法，這種方法有準確、穩定、低成本的優點，但同時也有較高的使用要求。例如流經干濕球的風速、紗布與濕球的匹配程度、紗布入水長度、紗布更換頻次、水質等因素，都會不同程度地影響環境濕度的測量結果。查閱相關資料得知，環境濕度的測量結果與風速和周圍空氣中的水分含量成某種函數關系，詳見式（2）～（5）。

式中：U——環境相對濕度，% RH；

t——干球溫度，℃；

tw——濕球溫度，℃；

ew——濕球溫度下的飽和水汽壓，Pa；

es——干球溫度下的飽和水汽壓，Pa；

A——干濕球系數；

p——大氣壓力，Pa；

v——風速，m/s

假定在GB/T 7725-2004規定的T1工況下，干濕球溫度取樣器中其他條件均為理想狀態，僅改變風速的情況下，通過公式計算得到結果見表3。

表3 不同風速下相對濕度的理論值

由表3可得相對濕度隨風速變化走勢圖，詳見圖2。

圖2 相對濕度隨風速變化走勢

3 不同風速下額定制冷量的偏差

GB/T 7725-2004《房間空氣調節器》C.1.3中要求“流過濕球溫度計處的氣流速度不小于5 m/s”，為提高測量結果的準確度，需保證風機運行平穩且無嚴重發熱和振動，盡可能使用小功率風機更容易實現目標，因此，這里以風速5 m/s作為參考點，由表3可知對應的相對濕度參考點為46.5 % RH。由上文試驗數據可知：“環境相對濕度會發生0.2 % RH的變化，相應的被測空調器額定制冷量會發生17 W的變化，”其他風速值與相應參考點的偏差對應關系見表4。

表4 不同風速對應額定制冷量偏差

由表4可以看出，數據變化趨勢并不規律，則考慮對數據進行分段擬合，所得擬合曲線見圖3、圖4。所得擬合公式如下，風速小于等于5 m/s時，使用公式y=3.590 7x4-52.606x3+284.34x2-681.11x+629.18計算額定制冷量的偏差。風速大于5 m/s時，使用公式y=0.000 4x4-0.015 9x3-0.001 2x2+4.644 3x-20.73計算額定制冷量的偏差。

圖3 風速小于等于5 m/s時額定制冷量偏差隨風速變化走勢

圖4 風速大于5 m/s時額定制冷量偏差隨風速變化走勢

4 結語

使用此方法可快捷地針對不同風速下制冷量的偏差進行評估，為簡化試驗流程、提高試驗效率提供了一種可行有效的計算方法。

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