平衡環(huán)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(huán)境型房間量熱計是目前測定房間空氣調(diào)節(jié)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(nèi)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(nèi)側和室外側測定空調(diào)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(huán)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(shù)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(chǎn)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(tǒng)平衡環(huán)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(xiàn)創(chuàng)新熱平衡法可以等效替代傳統(tǒng)熱平衡法，提升試驗樣機測試效率。

1 測試原理

1.1 傳統(tǒng)熱平衡實驗室系統(tǒng)測試原理

傳統(tǒng)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(diào)器的制冷量，提供加濕量平衡空調(diào)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(diào)器實際運行時的工況，室內(nèi)側測得的數(shù)值即為空調(diào)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(shù)值用來驗證實驗結果的作用。

根據(jù)能量守恒定律室內(nèi)側的制冷量數(shù)據(jù)在室內(nèi)側房間溫度場穩(wěn)定不變后（一般需穩(wěn)定4～6 h），與室內(nèi)工況調(diào)節(jié)機組用于平衡被測機制冷量和除濕量所需投入室內(nèi)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(shù)和為零，只要測得工況調(diào)節(jié)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(nèi)測的制冷量。在傳統(tǒng)熱平衡法測試中室外側的制熱量數(shù)據(jù)也是采用能量守恒定律測得，與室內(nèi)側測得的制冷量原理相同。即在傳統(tǒng)熱平衡法測試時是同時對室內(nèi)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(nèi)時認為實驗數(shù)據(jù)有效，且以室內(nèi)測得的制冷量數(shù)據(jù)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(nèi)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(diào)器的制冷量與房間內(nèi)的熱源數(shù)值相等。

傳統(tǒng)測試系統(tǒng)原理如圖1所示。

圖1 傳統(tǒng)熱平衡實驗室系統(tǒng)制冷量測試方法示意圖

傳統(tǒng)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(nèi)室，因此室外側內(nèi)室測出來的是室外機的“制熱量”，而熱平衡實驗室進行空調(diào)器制冷量測試時只以室內(nèi)側內(nèi)室測出來的是室內(nèi)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(tǒng)創(chuàng)新應用

測試系統(tǒng)創(chuàng)新應用的布置如圖2所示。

圖2 新測試方法原理圖

依據(jù)國標GB/T 7725-2004對實驗室測試技術要求規(guī)定，房間空氣調(diào)節(jié)器的制冷量可采用房間型量熱計法進行測試，空調(diào)器測定的制冷量應以室內(nèi)側測得的值為準[5]。通過將室外機擺在套間，套間的工況調(diào)整到標準要求的工況，室內(nèi)側與室外側都擺內(nèi)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(diào)工況的功能，實現(xiàn)對兩套樣機的同時測試。

1）室內(nèi)側內(nèi)室測定的空調(diào)器（如圖中的1#機）制冷量按下式計算[6]：

式中：

φtci—室內(nèi)側測得的空調(diào)器制冷量，W；

∑Pr—室內(nèi)側內(nèi)室工況調(diào)節(jié)機的總輸入功率，W；

hw1—室內(nèi)側內(nèi)室加濕器用的水或蒸汽的焓值，kJ/kg；

hw2—室內(nèi)側內(nèi)室空調(diào)器凝結水的焓值，kJ/kg；

Wr—室內(nèi)側內(nèi)室被測空調(diào)器內(nèi)的凝結水量，g/s；

φlp—由中間隔墻傳到室內(nèi)側內(nèi)室的漏熱量，根據(jù)中間隔墻內(nèi)外側溫度差值及漏熱系數(shù)確定，W；

φlr—除了中間隔墻外，從周圍隔墻通過墻面?zhèn)鞯绞覂?nèi)側內(nèi)室的漏熱量，根據(jù)周圍隔墻內(nèi)外側溫度差值及漏熱系數(shù)確定，W；

2）室外側內(nèi)室測定的空調(diào)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(diào)器制冷量，W；

∑Po—室外側內(nèi)室工況調(diào)節(jié)機的總輸入功率，W；

hw3—室外側內(nèi)室加濕用的水或蒸汽的焓值，kJ/kg；

hw4—室外側內(nèi)室空調(diào)器凝結水的焓值，kJ/kg；

Wo—室外側內(nèi)室被測空調(diào)器內(nèi)的凝結水量，g/s；

φlp—由中間隔墻傳到室內(nèi)側內(nèi)室的漏熱量，根據(jù)中間隔墻內(nèi)外側溫度差值及漏熱系數(shù)確定，W；

φloo—除了中間隔墻外，從周圍隔墻通過墻面?zhèn)鞯绞彝鈧葍?nèi)室的漏熱量，根據(jù)周圍隔墻內(nèi)外側溫度差值及漏熱系數(shù)確定，W；

如進行的是一拖二空調(diào)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(nèi)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(tǒng)方法單獨測試12 kW和18 kW空調(diào)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(diào)制冷量的測試界面如圖4（c）所示。

圖4 創(chuàng)新熱平衡法測試界面

圖4 創(chuàng)新熱平衡法測試界面

兩種方法制冷量的測試數(shù)據(jù)與偏差率如表1所示。

表1 制冷量測試數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)如下表2所示。

表2 制熱量測試數(shù)據(jù)對比

2.3 數(shù)據(jù)分析

按傳統(tǒng)熱平衡法及創(chuàng)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(shù)偏差率均在1.5 %以內(nèi)，符合熱平衡實驗室的測量不確定度要求[7]，說明創(chuàng)新熱平衡法可以等效替代傳統(tǒng)熱平衡法。

另采用En值對采用傳統(tǒng)方法和創(chuàng)新方法進行對比分析[8]，評價創(chuàng)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(jù)熱平衡測量原理分別推導出室內(nèi)側內(nèi)室、室外側內(nèi)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(xiàn)滿足兩套機組的熱平衡測試，并進行了采用創(chuàng)新熱平衡法與傳統(tǒng)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(nèi)，功率誤差在0.5 %內(nèi)，滿足空調(diào)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(chuàng)新方法測試效果顯著，創(chuàng)新熱平衡法可以等效替代傳統(tǒng)熱平衡法；

本文提出的創(chuàng)新熱平衡法所具有的優(yōu)勢：

1）在現(xiàn)有平衡環(huán)境型量熱計的結構上充分利用套間可以調(diào)節(jié)工況的特點，創(chuàng)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(tǒng)可以單獨且準確采集室內(nèi)、外測工況參數(shù)、功率參數(shù)、水流量等參數(shù)參與計算；

3）按創(chuàng)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(chuàng)新熱平衡法測試方法將室外側內(nèi)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(tǒng)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(qū)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(jié)能約束性指標以及推動實現(xiàn)碳達峰碳中和目標任務, 國家發(fā)改委印發(fā)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(tǒng)熱平衡法需開冷凍機4臺，工況機4臺，控制臺系統(tǒng)等每小時耗電量30 kW·h計，傳統(tǒng)熱平衡法一個制冷量工況需耗時6 h。而創(chuàng)新熱平衡法可測2個制冷量工況，按創(chuàng)新熱平衡法測試可節(jié)約30 kW·h×6=180 kW·h電量，節(jié)能效果顯著。