家用空調制冷舒適性指標研究

文_中家院（北京）檢測認證有限公司 高文琪

本文針對影響空調制冷工況下的舒適性指標進行了研究，并給出了制冷工況下的部分舒適性指標的試驗方法及試驗結果。

隨著生活水平的提高，人們對家用房間空調器的功能也有了更高的要求，不再僅僅局限于空調最基本的制冷及制熱功能，而是對房間空調器的功能提出了新的要求，即舒適性。人體熱舒適性，是指人體對濕熱環(huán)境的滿意程度，是人體通過自身的熱平衡和環(huán)境狀況綜合起來獲得的人體舒適程度。這種平衡不僅與環(huán)境的溫度、輻射溫度、風速和空氣濕度有關，還與人體活動和著裝相關。同時，吹風感覺、垂直空氣溫差、溫度均勻度等也是影響人體局部舒適性的因素。

目前，我國空調行業(yè)經(jīng)過長期的發(fā)展，已經(jīng)研發(fā)出了分體式空調器、整體式空調器、一拖多空調器。而常用的家用空調器則是室內機與室外機分開的分體式空調器。分體式空調在壓縮機控制方式上又分為轉速一定型（定頻）、轉速可控性（變頻）和容量可控性。變頻空調器根據(jù)室內冷（熱）負荷的變化自動調整壓縮機的運轉頻率，在一定程度上降低了室內溫度大幅度變化所引起的不適，相比于定頻空調器更具有舒適性。

然而，僅靠變頻空調壓縮機變速提供的室內舒適性是難以滿足我們身體舒適性要求的。這就要求空調設計者將空調的舒適性功能考慮進去，以滿足人們的需求。目前市場上在售的具有防冷風直吹的空調大多是通過帶有微孔的導風板進行調節(jié)，冷風通過導風板上的微孔送進室內，起到分散氣流的作用，以緩解冷風直吹帶來的不適感。

下面本文針對影響空調制冷工況下的舒適性指標進行了研究，并給出了制冷工況下的部分舒適性指標的試驗方法及試驗結果。

1.試驗方法

按照GB/T 33658—2017《室內人體熱舒適環(huán)境要求與評價方法》中規(guī)定的試驗方法，將被測分體掛壁式空調安裝在圖1所示的試驗室外墻1/3處，距離地面高度為2.3±0.1 m，并按照圖1的方式進行熱電偶布點，然后將風速儀放在試驗室水平面中心、距離地面高度分別為0.6 m（坐姿）、1.1 m（站姿）的位置，測量被測空調的風量。

↑圖1 房間空調器舒適性試驗室

僅靠變頻空調壓縮機變速提供的室內舒適性是難以滿足我們身體舒適性要求的。這就要求空調設計者將空調的舒適性功能考慮進去，以滿足人們的需求。

然后打開試驗設備，按照制造商使用說明書中的規(guī)定或者表1（制造商說明書未進行明確規(guī)定）的規(guī)定調節(jié)測試工況，以至少10 s的時間間隔進行數(shù)據(jù)的采集。圖1所示試驗室分為室內側和室外側，室內側又分為室內側內室、室內側外室，其中室內側外室和室外側的溫濕度可控，室內側內室則通過門與室內側外室進行換熱達到溫濕度可控的目的。

表1 試驗工況

待試驗室環(huán)境工況穩(wěn)定后，按照制造商的說明設定被測空調，如果說明書中沒有進行明確規(guī)定，則可按照制冷工況設定為27 ℃，風速為最大值，上下導風板調到最大風量位置、左右導風板調到垂直位置進行舒適性試驗。被測空調開機后，整個試驗期間需注意緊閉室內側內室的門，防止內室與外室進行熱交換，從而影響空調制冷舒適性的測試。

被測空調運行2 h后或者進入穩(wěn)定運行狀態(tài)后，采集空調的舒適性相關數(shù)據(jù)，時間為1 h。

2.試驗結果及分析

2.1 溫度波動

室內熱環(huán)境穩(wěn)定后，采集測量時間內的各點溫度值，單個測點j的溫度波動Tf,j計算公式如式（1）：

式中：

Tf,j——測點j的溫度波動，℃；

tj——測點j的瞬時溫度，℃；

Nj——在測試時間內某一個測點記錄的溫度個數(shù)。

整個房間內的溫度波動為室內側內室所有測點的溫度波動的加權平均值。

由式（1）得到本次試驗整個房間內的溫度波動為0.3 ℃。在1h內試驗室溫度波動未超過2 ℃。

2.2 溫度均勻度

室內熱環(huán)境穩(wěn)定后，采集測量時間內的各點溫度值，單個測點i的溫度均勻度Ts,i計算公式如式（2）：

式中：

Ts,i——測點i的瞬時溫度均勻度，℃；

ti——測點i的瞬時溫度，℃；

Mi——測點總數(shù)。

整個房間內的溫度均勻度為室內側內室所有測點的瞬時溫度均勻度的平均值。

由式（2）得到本次試驗整個房間內的溫度均勻度為0.3 ℃。在1 h內試驗室溫度均勻度未超過2 ℃。

2.3 垂直溫差不滿意率

由人的頭與腳踝位置的垂直溫差導致的垂直溫差不滿意率PDj計算公式如式（3）：

式中：

PDj——垂直溫差不滿意率，%；

?ta,j——位置j在所選時間內的垂直溫差的平均值，℃。

整個房間內的垂直溫差不滿意率PD為位置25個位置處的PDj的加權平均值。

由式（3）得到本次試驗整個房間內的垂直溫差不滿意率PD為0.4%。在1 h內試驗室直溫差不滿意率未超過20%。

2.4 吹風感

吹風感指數(shù)DR計算公式如式（4）：

式中：

DR——吹風感指數(shù)，%；

ta——局部平均空氣溫度，℃；

va——局部平均空氣流速，m/s；

Tu——局部湍流強度，%。

由式（4）得到本次試驗整個房間內的吹風感指數(shù)DR為0.7%。室內吹風感指數(shù)未超過40%。

由以上試驗結果可知，在理想的試驗條件下，被測空調制冷舒適性能比較優(yōu)越，所有參數(shù)數(shù)值均較小。在這樣的環(huán)境下，人們的主觀感受不會時冷時熱，整體舒適度得到大幅提升。

3.結論

綜上所述，無論是風速對舒適性的影響還是垂直溫差的影響，舒適性空調的目的就是保證人們在室內生活和工作時能夠有一個更舒適環(huán)保的環(huán)境。所以在設計空調時，應該綜合考慮各方面的因素，在確保空調的舒適性的同時，也應該考慮到空調的經(jīng)濟性及環(huán)保性。