空調(diào)末端產(chǎn)品空氣側(cè)和水側(cè)性能測試結(jié)果平衡誤差計算方法分析探討

戴世龍，王思琴，徐 軍，柴增輝，陸婷婷，樊燕松

（合肥通用機(jī)械研究院有限公司，合肥 230031）

0 引言

空調(diào)末端主要有組合式空調(diào)機(jī)組、柜式風(fēng)機(jī)盤管機(jī)組、風(fēng)機(jī)盤管機(jī)組3種產(chǎn)品。這3種產(chǎn)品國內(nèi)具有一定規(guī)模的企業(yè)銷售產(chǎn)值在75.7億元左右，其中組合式空調(diào)機(jī)組生產(chǎn)量為125 600臺（套），柜式風(fēng)機(jī)盤管機(jī)組生產(chǎn)量為181 580臺，風(fēng)機(jī)盤管機(jī)組產(chǎn)量為4 126 000臺［1］。以上數(shù)據(jù)顯示，空調(diào)末端是制冷空調(diào)產(chǎn)品的一個重要大類。

這3種產(chǎn)品分別對應(yīng)3個不同的產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)，分別是 GB/T 14294-2008 組合式空調(diào)機(jī)組［2］、GB/T 19232-2003 風(fēng)機(jī)盤管機(jī)組［3］、JB/T 9066-1999 柜式風(fēng)機(jī)盤管機(jī)組［4］。從標(biāo)準(zhǔn)年代號可以看出這3個標(biāo)準(zhǔn)已使用多年，需要結(jié)合產(chǎn)品的發(fā)展和新的檢測技術(shù)、檢測儀表的出現(xiàn)，新的社會需求加以修訂。

1 3個標(biāo)準(zhǔn)對性能試驗中空氣側(cè)和水側(cè)2個測量結(jié)果平衡誤差規(guī)定的計算方法

3種空調(diào)末端供冷量（供熱量）試驗按照3個標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定需要分別測量出空氣側(cè)換熱量（供冷量或供熱量）和水側(cè)換熱量（供冷量或供熱量）。空氣側(cè)換熱量采用空氣焓值法測量，水側(cè)換熱量采用液體載冷劑法測量。為了確認(rèn)測試有效性，標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了測量平衡誤差計算方法，當(dāng)平衡誤差不大于5%時，測量有效。

3種空調(diào)末端：供冷（熱）量及平衡誤差計算式如下。

1.1 組合式空調(diào)機(jī)組

根據(jù)GB/T 14294-2008附錄E規(guī)定，空氣側(cè)換熱量和水側(cè)換熱量計算式，以及供冷量、供熱量計算和測量平衡誤差計算式如下。

1.1.1 冷卻工況

空氣側(cè)換熱量：

式中 Qa——空氣側(cè)換熱量，kW；

Li——噴嘴風(fēng)量，m3/s；

ρi——噴嘴處空氣密度，kg/m3；

di——噴嘴處空氣含濕量，kg/kg；

Ia1—— 試驗機(jī)組進(jìn)口空氣焓值，kJ/kg；

Ia2—— 試驗機(jī)組出口空氣焓值，kJ/kg；

CPW—— 水 的 定 壓 比 熱，kJ/（kg·K），取CPW=4.18 kJ/（kg·K）；

t2s——試驗機(jī)組出口濕球溫度，℃；

Δd —— 試驗機(jī)組出口含濕量，kg/kg。

水側(cè)換熱量：

式中 Qw——水側(cè)換熱量，kW；

W ——水流量，kg/s；

tw2——試驗機(jī)組水出口溫度，℃；

tw1——試驗機(jī)組水進(jìn)口溫度，℃。

1.1.2 加熱工況

空氣側(cè)換熱量：

式中 Cpa——空氣的定壓比熱，kJ/（kg·K）；

ta2——試驗機(jī)組出口干球溫度，℃；

ta1——試驗機(jī)組進(jìn)口干球溫度，℃。

水側(cè)換熱量：

1.1.3 機(jī)組供冷（熱）量

式中 Q ——試驗機(jī)組換熱量，kW。

1.1.4 空氣側(cè)和水側(cè)測量計算結(jié)果平衡誤差計算

1.2 風(fēng)機(jī)盤管機(jī)組

根據(jù)GB/T 19232-2003附錄B規(guī)定，空氣側(cè)換熱量和水側(cè)換熱量計算式，以及供冷量、供熱量計算和測量平衡誤差計算式如下。

1.2.1 冷卻工況

空氣側(cè)換熱量：

水側(cè)換熱量計算式同式（2）。

1.2.2 加熱工況

空氣側(cè)換熱量：

水側(cè)換熱量計算式同式（4）。

1.2.3 機(jī)組供冷（熱）量

機(jī)組供冷（熱）量計算式同式（5）。

1.2.4 平衡誤差計算

1.3 柜式風(fēng)機(jī)盤管機(jī)組

根據(jù)JB/T 9066-1999附錄A規(guī)定，空氣側(cè)換熱量和水側(cè)換熱量計算式，以及供冷量、供熱量計算和測量平衡誤差計算式如下。

1.3.1 冷卻工況

空氣側(cè)換熱量：

式中 qk——空氣側(cè)漏熱量，kW。

水側(cè)換熱量計算式同式（2）。

1.3.2 加熱工況

空氣側(cè)換熱量：

水側(cè)換熱量計算式同式（4）。

1.3.3 機(jī)組供冷（熱）量

機(jī)組供冷（熱）量計算式同式（5）。

1.3.4 平衡誤差計算

平衡誤差計算式同式（9）。

從上述公式可以看出，除了空氣側(cè)換熱量計算式有細(xì)小差異外，空氣側(cè)和水側(cè)量計算結(jié)果平衡誤差也存在2種不同計算方法，其中風(fēng)機(jī)盤管和柜式風(fēng)機(jī)盤管的計算方法相同，而組合式空調(diào)機(jī)組采用另一種方法，最大差異在分母不同。組合式空調(diào)機(jī)組分母是空氣側(cè)換熱量，其它2種機(jī)組分母是機(jī)組供冷（熱）量。

2 2種平衡誤差計算方法的合理性分析

2.1 En值計算方法

采用En值方法分析2種平衡誤差的合理性。En值是一種被廣泛用于實(shí)驗室間（內(nèi)）比對結(jié)果統(tǒng)計處理和判定比對一致性的一種評價指標(biāo)。根據(jù) CNAL-GL02-2014［5］規(guī)定，｜ En｜≤ 1，則判定參加者的結(jié)果為滿意，否則判定為不滿意。CNALGL02-2014中規(guī)定的參考試驗結(jié)果值與參加試驗結(jié)果值采用En值分析計算，空調(diào)末端試驗有空氣側(cè)測量計算結(jié)果和水側(cè)測量計算結(jié)果，而最終被我們感受到的是空氣側(cè)，而且在GB/T17758-2010單元式空氣調(diào)節(jié)機(jī)［6］等標(biāo)準(zhǔn)中也將空氣側(cè)測量結(jié)果作為主側(cè)，因此本文將空氣側(cè)值作為參考值，水側(cè)的測量值作為參加值，具體公式如下。

組合空調(diào)的En值計算式：

式中 Qw——參加試驗結(jié)果值；

Qa——參考試驗結(jié)果值；

UQa——參考試驗結(jié)果值不確定度；

UQw——參加試驗結(jié)果值不確定度。

風(fēng)機(jī)盤管及柜式風(fēng)機(jī)盤管En值計算式：

式中 Q ——參加試驗結(jié)果值；

UQ——參加試驗結(jié)果值不確定度。

影響試驗結(jié)果的因素很多，試驗工況是影響最大的一個因素?？照{(diào)末端供冷（熱）量名義值是指標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的名義供冷（熱）工況下的值?？照{(diào)末端的名義工況為固定值，但由于試驗工況存在波動，因此在標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定了工況波動范圍，這些波動范圍既對測試結(jié)果有一定影響，也對2種測試方法計算結(jié)果平衡有一定的影響。本文通過工況極限偏差影響分析，確定空調(diào)末端3個標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的2種平衡誤差計算方法的合理性。

2.2 試驗工況

空調(diào)末端標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的名義工況及工況波動范圍見表1。根據(jù)名義工況表設(shè)計驗證試驗的供冷測試工況見表2，供熱測試工況見表3。上述工況設(shè)立，主要依據(jù)以下幾點(diǎn)：由于本文主要采用En法研究空氣側(cè)和水側(cè)測試結(jié)果兩種偏差計算方法的合理性，因此不確定度影響因素作為工況設(shè)定的一個重要依據(jù)。（1）標(biāo)準(zhǔn)雖然僅規(guī)定了名義工況參數(shù)，實(shí)際上，在標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定范圍內(nèi)，對于指定工況測試，其偏差也應(yīng)符合相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)要求，因此制熱測試工況主要按照風(fēng)機(jī)盤管和柜式風(fēng)機(jī)盤管名義工況點(diǎn)，這樣既可以說明問題，也可以減少測試工作量；（2）參考文獻(xiàn)［7］的結(jié)論，影響供冷量不確定度的主要因素，空氣側(cè)是進(jìn)出口濕球溫度，因此主要考慮進(jìn)出口干濕球溫度變化。實(shí)際上水側(cè)供冷量不確定度主要是進(jìn)出水溫度，故在工況設(shè)置主要考慮進(jìn)出口水溫變化影響。供熱量空氣側(cè)不確定度主要影響因素是進(jìn)出口干球溫度，水側(cè)是進(jìn)出口水溫。

表1 空調(diào)末端標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的名義工況及工況波動范圍

表2 驗證試驗供冷測試工況 ℃

表3 驗證試驗供熱測試工況

2.2.2 測試結(jié)果

試驗采用一臺風(fēng)量為1 800 m3/h的風(fēng)機(jī)盤管作為試驗樣機(jī)，根據(jù)表2驗證工況，分別用式（1）～（11）進(jìn)行計算，測試結(jié)果見表 4，5。

表3 測試結(jié)果（供冷量）

表4 測試結(jié)果（供熱量）

2.3 數(shù)據(jù)分析

用En值法分析，首先要計算Qa和Qw的不確定度 UQa，UQw。UQa，UQw分別由各自的 A 類和 B類不確定度合成［8-9］，即：

參考文獻(xiàn)［7］的結(jié)論，UQa（A），UQw（A）評定主要是通過獨(dú)立重復(fù)測量對觀察列進(jìn)行統(tǒng)計分析的方法得到，UQa（B）主要是由 UIa1（B）和 UIa2（B）確定。同樣 UQw（B）主要是由 Utw1（B）和 Utw2（B）確定。其計算結(jié)果分別見表6和7。

表6 不確定度計算結(jié)果（供冷量）

表7 不確定度計算結(jié)果（供熱量）

從式（1）～（16）可見，空氣側(cè)換熱量存在很小差異，水側(cè)換熱量公式一致，由于空氣側(cè)換熱量計算差異，帶來空調(diào)末端供冷（熱）量存在微小差異，這在表3，4中可以看到。

表3，4中的平衡誤差值表明，本次試驗2種計算方式得到的結(jié)果有差異，但也均滿足標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的≤5%要求。

表5，6中En值的絕對值｜En｜≤1。組合式空調(diào)機(jī)組平衡誤差｜En｜值分析方法是空氣側(cè)焓值法和水側(cè)焓值法2種測量方法值的比較，而風(fēng)機(jī)盤管和柜式風(fēng)機(jī)盤管則是采用空氣焓值法測量值與空氣焓值法和水側(cè)焓值法測量值的平均值比較，采用｜En｜值計算時，其分子變?。ㄖ挥性械囊话耄?，分母可能變大，也可能變?。ǖ兓敌。?，這取決于空氣焓值法的不確定度是否大于水側(cè)焓值法的不確定度，總的來說風(fēng)機(jī)盤管和柜式風(fēng)機(jī)盤管的｜En｜值要小于組合式空調(diào)機(jī)組的｜En｜值，也就是說相同的值，組合式空調(diào)機(jī)組En值分析方法更加嚴(yán)格。

3 結(jié)論

（1）從2.3分析可以看出，雖然3個標(biāo)準(zhǔn)分別規(guī)定了2種平衡誤差計算方法，經(jīng)過En值法分析，均可以滿足要求，但是，組合式空調(diào)機(jī)組標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的方法更加嚴(yán)苛，建議在以后的標(biāo)準(zhǔn)修訂時，均采用組合式空調(diào)機(jī)組標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的平衡計算方法；

（2）空調(diào)末端3個標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定測量方法是空氣焓值法和水側(cè)焓值法，其空氣側(cè)換熱量的計算方法也有微小差異，主要有兩點(diǎn)：

一是風(fēng)機(jī)盤管的空氣側(cè)換熱量計算沒有采用干空氣，而空氣的焓的單位是kJ/kg（干空氣）；

二是柜式風(fēng)機(jī)盤管標(biāo)準(zhǔn)中有漏熱修正，雖然各個標(biāo)準(zhǔn)對測量裝置的漏熱有規(guī)定，要求漏熱量不大于測量換熱量的1%，但是在計算式中只有柜式風(fēng)機(jī)盤管提到漏熱修正，組合式空調(diào)機(jī)組標(biāo)準(zhǔn)和風(fēng)機(jī)盤管標(biāo)準(zhǔn)均沒有涉及，在實(shí)際測量中有的測量計算軟件根據(jù)漏熱標(biāo)定結(jié)果，已帶入修正。漏熱修正應(yīng)該定期通過標(biāo)定加以調(diào)整。這些應(yīng)該在以后的標(biāo)準(zhǔn)制（修）訂中加以修正；

（3）3個標(biāo)準(zhǔn)在供熱工況測試偏差設(shè)定時，其水側(cè)工況偏差規(guī)定值大于供冷時的工況偏差規(guī)定值，而在實(shí)際實(shí)驗室測試過程中，測試工況偏差可以遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定值，因此建議未來標(biāo)準(zhǔn)修訂中，將實(shí)驗室水側(cè)供熱測試工況偏差值，與供冷工況一致，即 ±0.3 ℃。