平衡環境型房間量熱計新用法研究

楊為標 張永亮 胡 健 李 雪 黃俊斌

（珠海格力電器股份有限公司 珠海 519070）

引言

平衡環境型房間量熱計是目前測定房間空氣調節器制冷量、熱泵制熱量的最精確的量熱計法，其工作原理是在室內側與室外側分別設置溫度及濕度可控的套間，它可以同時在量熱計的室內側和室外側測定空調器的制冷量或制熱量[1]。

文獻[2, 3]對制冷量的測試方法和平衡環境性房間量熱計測試制冷量或制熱量的主要影響因素進行了分析，其中影響制冷量測試精度的參數有中間隔墻隔熱量、漏熱量和冷凝水量，即在測試中，這3個量若能保持一致，測試結果誤差就小，但是文獻中沒有就測試的效率和測試的成本進行分析。本文通過分析3個變量的特點，提出即保持測試精度滿足要求，又提升效率和降低成本的方法。從而滿足生產抽檢過程中，提高試驗臺的效率，降低測試費用與人工成本的方法，并結合傳統平衡環境型房間量熱計的工作原理，測試精度滿足要求，使得在一個熱平衡臺的基礎上，變成“兩個熱平衡”，實現創新熱平衡法可以等效替代傳統熱平衡法，提升試驗樣機測試效率。

1 測試原理

1.1 傳統熱平衡實驗室系統測試原理

傳統熱平衡遵循能量守恒原理，測試時房間工況機提供制熱量平衡空調器的制冷量，提供加濕量平衡空調器的除濕量，當二者完全平衡時房間溫度保持恒定不變，房間工況為空調器實際運行時的工況，室內側測得的數值即為空調器的實際能力[4]。室外側起到輔助測試的作用，室外側測得的數值用來驗證實驗結果的作用。

根據能量守恒定律室內側的制冷量數據在室內側房間溫度場穩定不變后（一般需穩定4～6 h），與室內工況調節機組用于平衡被測機制冷量和除濕量所需投入室內側的制熱量和水量及中隔墻漏熱量，周圍隔墻漏熱量的代數和為零，只要測得工況調節機組的總功率及中隔墻漏熱量，周圍隔墻漏熱量就可以計算出室內測的制冷量。在傳統熱平衡法測試中室外側的制熱量數據也是采用能量守恒定律測得，與室內側測得的制冷量原理相同。即在傳統熱平衡法測試時是同時對室內機的制冷量與室外機的制熱量進行測試，當平衡比在4 %以內時認為實驗數據有效，且以室內測得的制冷量數據為準。從熱平衡的工作特點可以得出，在測制冷量時其有效值是通過室內側測得，室外側僅提供驗證的，熱平衡制冷量測試遵循能量守恒定律，即在一個密閉的空間中如果溫度及濕度維持恒定不變，即可認為空調器的制冷量與房間內的熱源數值相等。

傳統測試系統原理如圖1所示。

圖1 傳統熱平衡實驗室系統制冷量測試方法示意圖

傳統熱平衡測試的缺點：由于實驗時室外機單獨擺放在室外側內室，因此室外側內室測出來的是室外機的“制熱量”，而熱平衡實驗室進行空調器制冷量測試時只以室內側內室測出來的是室內機的“制冷量”為準，室外機的“制熱量”只起到一個驗證的輔助作用。按此種方法測試導致測試時只能測試一套機器，降低了測試效率。

1.2 熱平衡實驗室系統創新應用

測試系統創新應用的布置如圖2所示。

圖2 新測試方法原理圖

依據國標GB/T 7725-2004對實驗室測試技術要求規定，房間空氣調節器的制冷量可采用房間型量熱計法進行測試，空調器測定的制冷量應以室內側測得的值為準[5]。通過將室外機擺在套間，套間的工況調整到標準要求的工況，室內側與室外側都擺內機即可以同時用兩個房間來進行有效的測試，也充分利用了套間可調工況的功能，實現對兩套樣機的同時測試。

1）室內側內室測定的空調器（如圖中的1#機）制冷量按下式計算[6]：

式中：

φtci—室內側測得的空調器制冷量，W；

∑Pr—室內側內室工況調節機的總輸入功率，W；

hw1—室內側內室加濕器用的水或蒸汽的焓值，kJ/kg；

hw2—室內側內室空調器凝結水的焓值，kJ/kg；

Wr—室內側內室被測空調器內的凝結水量，g/s；

φlp—由中間隔墻傳到室內側內室的漏熱量，根據中間隔墻內外側溫度差值及漏熱系數確定，W；

φlr—除了中間隔墻外，從周圍隔墻通過墻面傳到室內側內室的漏熱量，根據周圍隔墻內外側溫度差值及漏熱系數確定，W；

2）室外側內室測定的空調器（如圖中的2#機）制冷量按下式計算：

式中：

φtco—室外側測得的空調器制冷量，W；

∑Po—室外側內室工況調節機的總輸入功率，W；

hw3—室外側內室加濕用的水或蒸汽的焓值，kJ/kg；

hw4—室外側內室空調器凝結水的焓值，kJ/kg；

Wo—室外側內室被測空調器內的凝結水量，g/s；

φlp—由中間隔墻傳到室內側內室的漏熱量，根據中間隔墻內外側溫度差值及漏熱系數確定，W；

φloo—除了中間隔墻外，從周圍隔墻通過墻面傳到室外側內室的漏熱量，根據周圍隔墻內外側溫度差值及漏熱系數確定，W；

如進行的是一拖二空調制冷量實驗，則總制冷量φt的計算公式為：

2 試驗驗證

2.1 制冷量測試

基于新測試方法原理圖，兩套樣機室外機擺放在室外套間，如圖3所示，使套間變成室外側，從而存在2套室內側，可同時進行2套樣機制冷量測試。

圖3 室外機在套間擺放圖

傳統方法單獨測試12 kW和18 kW空調制冷量的測試界面如圖4（a）和4（b）所示。采用新的方法同時測試12 kW和18 kW兩套空調制冷量的測試界面如圖4（c）所示。

圖4 創新熱平衡法測試界面

圖4 創新熱平衡法測試界面

兩種方法制冷量的測試數據與偏差率如表1所示。

表1 制冷量測試數據與偏差率

2.2 制熱量測試

同理，應用新舊方法對兩套樣機進行制熱量測試對比，測試數據如下表2所示。

表2 制熱量測試數據對比

2.3 數據分析

按傳統熱平衡法及創新熱平衡法測試兩套分體機制冷量，制熱量，功率，能效比，性能系數偏差率均在1.5 %以內，符合熱平衡實驗室的測量不確定度要求[7]，說明創新熱平衡法可以等效替代傳統熱平衡法。

另采用En值對采用傳統方法和創新方法進行對比分析[8]，評價創新方法測試效果。

式中：

Q1、Q2—兩種測試方法的制冷（熱）量；

Ur1、Ur2—兩種測試方法的不確定度，取1.5 %。

計算的En值如表3所示，從表3可知，En＜1.0，結果滿意。

表3 En 值

3 結論

采取單獨采集的特點，根據熱平衡測量原理分別推導出室內側內室、室外側內室的制冷量及總制冷量計算公式，相當于在一個熱平衡臺上實現滿足兩套機組的熱平衡測試，并進行了采用創新熱平衡法與傳統熱平衡法的試驗對比論證，并為保障測試一致性，采用2套不同冷量樣機開展相關論證，對比驗證結果表明：

1）制冷(熱)量誤差在1.5 %內，功率誤差在0.5 %內，滿足空調器測試精度的要求；

2）對兩種測試方法進行En值分析，En＜1.0，結果滿意，創新方法測試效果顯著，創新熱平衡法可以等效替代傳統熱平衡法；

本文提出的創新熱平衡法所具有的優勢：

1）在現有平衡環境型量熱計的結構上充分利用套間可以調節工況的特點，創造性地將室外機放置在套間進行測試，使得被測外機工況可控且不需額外投入設備改造；

2）測試系統可以單獨且準確采集室內、外測工況參數、功率參數、水流量等參數參與計算；

3）按創新方法測試只是沒有平衡比，但測試時兩套機器完全獨立，互相無影響，測試精度滿足成品機測試要求，相當于額外增加了一套熱平衡實驗室。

4）由于創新熱平衡法測試方法將室外側內室的測試能力不再用于輔助驗證測試，而是獨立進行制冷量能力測試，因此相對于傳統熱平衡測試方法，制冷能力測試范圍增加一倍，有效測試面積也增加一倍。且部分出口地區如美國、歐盟、澳大利亞等國家指定使用熱平衡測試，采用新方法可提高熱平衡使用效率，更好地滿足進口國測試標準要求。

5）2021 為確保完成十四五節能約束性指標以及推動實現碳達峰碳中和目標任務, 國家發改委印發了進一步完善能耗雙控制度的通知，明確了能耗雙控制度的總體安排，確保完成全年能耗雙控目標, 按傳統熱平衡法需開冷凍機4臺，工況機4臺，控制臺系統等每小時耗電量30 kW·h計，傳統熱平衡法一個制冷量工況需耗時6 h。而創新熱平衡法可測2個制冷量工況，按創新熱平衡法測試可節約30 kW·h×6=180 kW·h電量，節能效果顯著。