環(huán)境干濕球溫度對空調(diào)器性能影響的試驗研究

王啟祥,盧清華,黃贊山

(1.廣東交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院,廣東廣州,510800;2.廣東省海洋職業(yè)技術(shù)學(xué)校,廣東廣州,510320;3.廣東美的商用空調(diào)設(shè)備有限公司,廣東佛山,528311)

1 引言

目前,對空調(diào)器的研究主要集中在制冷部件,如高效的壓縮機、各種形式的肋片和內(nèi)螺紋管[1]。采用PLC控制技術(shù)和變頻技術(shù)也同樣能達到節(jié)能的效果。然而,空調(diào)器運行所處的環(huán)境,包括室內(nèi)外溫度、相對濕度、風(fēng)速等對空調(diào)器運行性能影響也大不相同[1]。房間空調(diào)銘牌上標注的制冷量、耗功及制冷系數(shù)等參數(shù)都是在國家標準GB/T7725-2004規(guī)定的名義制冷工況下測得的 (即室內(nèi)干、濕球溫度分別為27±0.3℃和19±0.2℃,室外干、濕球溫度分別為35±0.3℃和24±0.2℃)。由于我國各地區(qū)夏季平均溫度差異較大,空調(diào)器實際運行的環(huán)境工況與名義制冷工況有較大差別,所以空調(diào)器實際運行時的各項參數(shù)也與銘牌上標注的各項參數(shù)相差甚遠[2]。

干球溫度相同,濕球溫度不同的空氣,其相對濕度也不同,即空氣內(nèi)含水量不同,因為含水蒸汽量的不同改變了空氣的換熱系數(shù)和比熱容,從而影響了傳熱。同時,若換熱器表面溫度低于對應(yīng)濕度下的露點會出現(xiàn)凝露或結(jié)霜現(xiàn)象,改變了對流換熱的傳熱系數(shù)。本文借助空調(diào)器空氣焓差法測試室研究室內(nèi)外空氣干、濕球溫度對空調(diào)器性能的影響。

2 試驗裝置及測試方法

2.1 試驗方法

以一款整機型號為KFR-90WT1-520的某品牌分體壁掛空調(diào)器為試驗機,通過改變室內(nèi)濕球溫度和室外干球溫度,采用正交試驗法,進行多次試驗得出結(jié)果。

2.2 試驗裝置

本實驗在空調(diào)器空氣焓差法測試室中進行,根據(jù)單元式空氣調(diào)節(jié)機標準CB/T17758—1999的定義,空氣焓差法是利用測量室內(nèi)側(cè)空調(diào)器機組進風(fēng)口、出風(fēng)口干濕球溫度所對應(yīng)的空調(diào)器的制冷能力,試驗裝置如圖1所示。

圖1 空調(diào)器空氣焓差法測試示意圖

2.3 試驗儀表精度

熱電偶分辨率為0.1℃;功率表和電流表為0.5級;精密壓力表為0.2級。在測試房間空調(diào)制冷性能時應(yīng)按照國標嚴格控制額定工況的偏差在規(guī)定的范圍內(nèi) (即干球溫度偏差為±0.3℃,濕球溫度偏差為±0.2℃),以保證測量數(shù)據(jù)的準確性[3]。

3 試驗結(jié)果及分析

3.1 室內(nèi)外干、濕球溫度對空調(diào)器制冷量、耗功及制冷系數(shù)影響

由空調(diào)器空氣焓差法測試原理可知,空調(diào)器的制冷量可用如下公式計算[4]:

式中:

Q—空調(diào)器室內(nèi)側(cè)測量的總制冷量,W;

wn—空調(diào)器室內(nèi)側(cè)測量的風(fēng)量,m3/s;

ha1—空調(diào)器室內(nèi)側(cè)回風(fēng)空氣焓值,J/kg(干);

ha2—空調(diào)器室內(nèi)側(cè)送風(fēng)空氣焓值,J/kg(干);

vn—室內(nèi)側(cè)測量的空氣比容,m3/kg;

dn—室內(nèi)測量的空氣含濕量,kg/kg(干)。

表1表示當室內(nèi)干、濕球溫度不變 (分別為27℃、19℃)時,室外溫度變化時的測試與計算結(jié)果。表2表示當室外干、濕球溫度不變 (分別為35℃、24℃)時,室內(nèi)溫度變化時的測試與計算結(jié)果。表3表示當室內(nèi)和室外溫度同時變化時的測試與計算結(jié)果。

表1 室外側(cè)溫度變化時的測試結(jié)果

表2 室內(nèi)側(cè)溫度變化時的測試結(jié)果

表3 室內(nèi)外溫度同時變化時的測試結(jié)果

試驗測試表明[5],當室內(nèi)干、濕球溫度不變,室外干、濕球溫度增大時,壓縮機的功耗加大,空調(diào)器的制冷量減少,導(dǎo)致制冷系數(shù)減少;當室外干、濕球溫度不變,室內(nèi)干、濕球溫度稍有升高時,制冷量顯著增大,耗功略有增大,導(dǎo)致制冷系數(shù)增大 (當室內(nèi)濕球溫度從15.38℃升高到22.9℃時,制冷量增大1535W,耗功增大240W,制冷系數(shù)從2.27增大到2.54),即微小的室內(nèi)濕球溫度變化也會顯著影響家用空調(diào)制冷系統(tǒng)運行狀況和制冷性能;當室內(nèi)外干、濕球溫度都增大時,壓縮機的功耗加大,空調(diào)器的制冷量減少,導(dǎo)致制冷系數(shù)減少。

3.2 室外干球溫度對空調(diào)器運行溫度及壓力的影響

如圖2～4所示,隨著室外干球溫度的升高,制冷系統(tǒng)的高壓側(cè)的溫度和壓力均明顯升高而低壓側(cè)的溫度和壓力略有上升。當室外干球溫度從30℃升高到40℃時,冷凝器中部溫度和排氣壓力分別升高6.9℃和310kPa,蒸發(fā)器中部溫度和吸氣壓力分別升高1.6℃和20kPa,即室外干球溫度對室外機運行的狀況影響顯著,而對室內(nèi)機運行的狀況影響不明顯。

圖2 室外干球溫度對制冷系統(tǒng)高壓側(cè)溫度的影響

圖3 室外干球溫度對制冷系統(tǒng)低壓側(cè)溫度的影響

圖4 室外干球溫度對制冷系統(tǒng)壓力的影響

3.3 室內(nèi)濕球溫度對空調(diào)器運行溫度及壓力的影響

如圖5～7所示,隨著室內(nèi)濕球溫度的升高,制冷系統(tǒng)的高、低壓側(cè)的溫度和壓力均上升 (當室內(nèi)濕球溫度從15℃升高到23℃時,冷凝器中部溫度和排氣壓力分別升高1℃和40kPa,蒸發(fā)器中部溫度和吸氣壓力分別升高1.2℃和20kPa。

圖5 室內(nèi)濕球溫度對制冷系統(tǒng)高壓側(cè)溫度影響

圖6 室內(nèi)濕球溫度對制冷系統(tǒng)壓力影響

圖7 室內(nèi)濕球溫度對制冷系統(tǒng)壓力影響

4 結(jié)束語

通過上述試驗表明,室內(nèi)濕球溫度變化和室外干球溫度變化均會影響空調(diào)器的性能,而且環(huán)境干、濕球溫度對空調(diào)器的性能影響顯著程度并不一樣[6]。

當室內(nèi)濕球溫度變化時,空氣在流經(jīng)室內(nèi)蒸發(fā)器所析出冷凝水量也會發(fā)生變化,進而直接影響到制冷量,因此室內(nèi)濕球溫度變化比室內(nèi)干球溫度變化對房間空調(diào)制冷系統(tǒng)性影響顯著得多;

當室外干球溫度變化時,空氣在流經(jīng)室外冷凝所放出的熱也會發(fā)生變化,進而直接影響到空調(diào)器的耗功,因此一般室外干球溫度變化比室內(nèi)濕球溫度變化對房間空調(diào)制冷系統(tǒng)性能影響顯著得多。

在使用空調(diào)器時,保證室內(nèi)外換熱器清潔、通風(fēng)良好,可以提高空調(diào)器的經(jīng)濟性,節(jié)約用電[7]。

[1] 劉洋,王芳,杜世春.環(huán)境工況對空調(diào)器運行性能的影響[J].暖通空調(diào),2006,36(11):115-117

[2] 中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局.房間空氣調(diào)節(jié)器[S].(GB/T7725-2004)

[3] 何欽波,童明偉,龍建佑.環(huán)境工況對家用空調(diào)器性能的影響[J].流體機械,2007,35(7):63-66

[4] 齊淑芳,顧曉艷,彭飛.空調(diào)器空氣焓差法試驗的影響因素分析[J].制冷,2009,(6):36-37

[5] 謝堃,陳天及,余克志,等.環(huán)境溫濕度對陳列柜性能影響的實驗研究 [J].制冷學(xué)報,2007,(2):22-25

[6] Miyara A.Condensation heat transfer and flow pattern inside a herringbone-type micro-fin tube[J].International journal of refrigeration.2000(2)

[7] 吳玉琨,張宗新,邱興永.家用制冷設(shè)備原理與維修技術(shù)[M].人民郵電出版社,2001