干濕球溫度在國標(biāo)允差內(nèi)變化對(duì)風(fēng)管送風(fēng)式熱泵性能影響的實(shí)驗(yàn)研究

潘亞梅黃虎張忠斌史敏張文婷馬浩天

干濕球溫度在國標(biāo)允差內(nèi)變化對(duì)風(fēng)管送風(fēng)式熱泵性能影響的實(shí)驗(yàn)研究

潘亞梅1黃虎1張忠斌1史敏2張文婷1馬浩天1

近年來，我國通過制定能效標(biāo)準(zhǔn)、實(shí)施能效分等的措施淘汰高能耗的空調(diào)設(shè)備［1－3］。能效等級(jí)評(píng)判的依據(jù)為：制冷量和能效比須準(zhǔn)確反映出機(jī)組在標(biāo)準(zhǔn)干濕球溫度工況下的性能。

GB／T 17758—2010《單元式空氣調(diào)節(jié)機(jī)》規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)工況的室內(nèi)側(cè)干濕球溫度為27℃／19℃，室外側(cè)干濕球溫度為35℃／24℃，實(shí)驗(yàn)環(huán)境干濕球溫度讀數(shù)的最大變動(dòng)幅度為±1℃／±0.5℃［4］。該規(guī)定沿用GB／T17758—1999干濕球溫度允差值，參考采用美國AHRI 210／240—1992《單元式空氣調(diào)節(jié)器和空氣源熱泵》規(guī)定的讀數(shù)允差［5－7］。美國其他空調(diào)測試標(biāo)準(zhǔn)也實(shí)施±1℃／±0.5℃干濕球溫度允差［8－9］。

干濕球溫度讀數(shù)允差的設(shè)定導(dǎo)致制冷量和能效比通常是在標(biāo)準(zhǔn)工況附近的某一工況點(diǎn)測得?；谠摐y試結(jié)果對(duì)空調(diào)機(jī)組進(jìn)行能效等級(jí)評(píng)定，標(biāo)準(zhǔn)工況下未達(dá)到三級(jí)能效值的空調(diào)機(jī)組，極有可能由于實(shí)際測試工況位于干濕球溫度允差范圍內(nèi)的最佳工況，錯(cuò)誤劃分入三級(jí)能效。隨著儀器儀表精度不斷提高，進(jìn)一步嚴(yán)格干濕球溫度允差范圍、提高機(jī)組性能測量結(jié)果準(zhǔn)確性十分必要［10］。相關(guān)學(xué)者實(shí)驗(yàn)分析房間空調(diào)器的制冷量和能效比隨干濕球溫度的變化特性，提出用赤池信息量準(zhǔn)則選取制冷量和能效比最優(yōu)擬合三維曲面方程修正允差影響［11］。

本文采用空氣焓差性能測試方法，控制環(huán)境干濕球溫度在國家標(biāo)準(zhǔn)允差范圍內(nèi)波動(dòng)，測定風(fēng)管送風(fēng)式熱泵實(shí)驗(yàn)樣機(jī)的制冷量與能效比，以分析現(xiàn)行國標(biāo)規(guī)定的干濕球溫度允差對(duì)空調(diào)機(jī)組能效判別的影響。

1 實(shí)驗(yàn)裝置及儀器儀表精度

實(shí)驗(yàn)采用空氣焓差法，通過對(duì)空調(diào)的送回風(fēng)等參數(shù)的測量，確定空調(diào)的制冷量、制熱量和能效比。實(shí)驗(yàn)在焓差實(shí)驗(yàn)室中進(jìn)行，該實(shí)驗(yàn)室符合GB／ T29823—2013《試驗(yàn)用空氣焓值法試驗(yàn)裝置檢驗(yàn)方法》［12］要求。測試裝置包括室內(nèi)測試環(huán)境間、室外測試環(huán)境間、空氣處理機(jī)組和相應(yīng)的測量儀器，如圖1所示。

實(shí)驗(yàn)設(shè)備的容量和精度符合國家標(biāo)準(zhǔn)，系統(tǒng)的重復(fù)性精度小于2%。所有檢測儀表經(jīng)國家檢測中心校準(zhǔn)，見表1［13－14］。由于實(shí)驗(yàn)對(duì)干濕球溫度控制精度要求較高，為減輕誤差疊加影響，每隔10 min記錄一次數(shù)據(jù)，直至連續(xù)7次的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)允差在±0.1℃范圍內(nèi)，求取多組平均值。

圖1 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)原理圖Fig.1 Test installation schematic diagram

表1 測量儀表的測量范圍和精度Tab.1 Range and accuracy of measurement devices

2 實(shí)驗(yàn)樣機(jī)

實(shí)驗(yàn)采用某國產(chǎn)品牌風(fēng)管送風(fēng)式熱泵機(jī)組，其系統(tǒng)流程與壓力溫度測點(diǎn)的布置，如圖2所示。機(jī)組的名義制冷量為20 kW，風(fēng)量為3400 m3／h，出風(fēng)靜壓為80 Pa。

圖2 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)測點(diǎn)布置Fig.2 Arrangement of measuring points in test

依據(jù)GB／T17758—2010《單元式空氣調(diào)節(jié)機(jī)》與GB／T18836—2002《風(fēng)管送風(fēng)式空調(diào)（熱泵）機(jī)組》［15］，以標(biāo)準(zhǔn)工況為基準(zhǔn)，進(jìn)行室外側(cè)干濕球溫度室內(nèi)側(cè)與室外側(cè)干球溫度一維變化、二維耦合變化實(shí)驗(yàn)，如表2所示。

表2 室內(nèi)外干濕球溫度在國家標(biāo)準(zhǔn)允差范圍內(nèi)變化實(shí)驗(yàn)工況Tab.2 Test conditions when D＆WBTs change in the variations set in national standard

實(shí)際性能測試過程中，往往會(huì)發(fā)生室內(nèi)側(cè)和室外側(cè)環(huán)境溫度均偏離標(biāo)準(zhǔn)工況點(diǎn)，但仍在國標(biāo)允差范圍內(nèi)的情形，故進(jìn)一步考慮了室內(nèi)側(cè)與室外側(cè)干濕球溫度同時(shí)極限耦合的情況。通過室內(nèi)側(cè)耦合工況與室外側(cè)耦合工況的組合，定量表征室內(nèi)側(cè)干濕球溫度的三維以及四維變化對(duì)實(shí)驗(yàn)樣機(jī)測量結(jié)果的影響，如表3所示。

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

3.1 室內(nèi)側(cè)干濕球溫度允差的影響

定義在國標(biāo)允差范圍內(nèi)，實(shí)際測試干濕球溫度高于標(biāo)準(zhǔn)工況溫度的偏差為正偏差，實(shí)際測試溫度低于標(biāo)準(zhǔn)工況溫度值的偏差為負(fù)偏差。如標(biāo)準(zhǔn)工況室內(nèi)側(cè)干球溫度為27℃，允差為±1℃，則實(shí)際測試中的室內(nèi)干球溫度值28℃帶來了1℃的正偏差，且達(dá)到了國標(biāo)允差的上限。

圖3和圖4分別為制冷量、EER隨室內(nèi)側(cè)干濕球溫度變化的散點(diǎn)圖。由室內(nèi)側(cè)干濕球溫度一維實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知：隨著室內(nèi)側(cè)干球溫度的升高，制冷量與EER一致降低，室內(nèi)側(cè)干球溫度正偏差會(huì)削弱機(jī)組的制冷性能；隨著室內(nèi)側(cè)濕球溫度的升高，制冷量與EER一致升高，室內(nèi)側(cè)濕球溫度正偏差會(huì)強(qiáng)化機(jī)組的制冷性能。

隨著干濕球溫度在國標(biāo)允差±1℃／0.5℃內(nèi)變動(dòng)，制冷量和EER以室內(nèi)側(cè)標(biāo)準(zhǔn)干濕球溫度工況點(diǎn)27℃／19℃的測量值為中心，呈矩形曲面分布，且坡向室內(nèi)側(cè)濕球溫度變化方向。通過對(duì)室內(nèi)側(cè)干濕球溫度二維極限耦合的實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行數(shù)值擬合可得：

式中：Q為制冷量，kW；EER為能效比；tIDBT為室內(nèi)側(cè)干球溫度，℃；tIWBT為濕球溫度，℃。

表3 室內(nèi)外側(cè)干濕球溫度耦合變化實(shí)驗(yàn)結(jié)果Tab.3 Test results when D＆WBTs coupling change in the variations

圖3 制冷量隨室內(nèi)側(cè)干濕球溫度的變化Fig.3 Cooling capacity versus indoor d ry and wet bulb tem perature

圖4 EER隨室內(nèi)側(cè)干濕球溫度的變化Fig.4 EER versus indoor dry and wet bulb temperature

擬合結(jié)果中，制冷量與能效比的實(shí)測值與函數(shù)模擬值的平均殘差遠(yuǎn)小于1%，滿足誤差要求。干濕球溫度的系數(shù)絕對(duì)值分別反映了干球溫度和濕球溫度對(duì)EER和制冷量的影響程度。室內(nèi)側(cè)濕球溫度對(duì)EER的影響系數(shù)為0.04628，其變動(dòng)帶來的EER的變化梯度高于干球溫度。

在評(píng)估刑事立法政策時(shí)，也應(yīng)當(dāng)按照刑事立法價(jià)值的三個(gè)層次的梯級(jí)結(jié)構(gòu)逐步逐層進(jìn)行。首先必須具有現(xiàn)實(shí)指導(dǎo)性和可行性，其次要有利于維持社會(huì)秩序，維護(hù)社會(huì)穩(wěn)定。而最終要評(píng)價(jià)這一政策是否更多地從社會(huì)個(gè)體的角度去考慮政策施行的目的性和有效性，有利于維護(hù)社會(huì)和諧。如果特定的刑事立法政策有助于社會(huì)秩序的維護(hù)和公民權(quán)利的保障，使人們在日常生活中具有安全感，對(duì)自己及家人的人身及財(cái)產(chǎn)方面沒有擔(dān)憂，能夠正常地開展日常生活和工作，社會(huì)管理井然有序地進(jìn)行，那么這樣的刑事立法政策就是一個(gè)“良策”，反之，則為“惡策”。

濕球溫度升高對(duì)制冷機(jī)組的性能強(qiáng)化在室內(nèi)側(cè)占主導(dǎo)作用，是由于機(jī)組在濕工況下對(duì)空氣濕度較敏感。干球溫度不變、濕球溫度升高，空氣濕度增大，使蒸發(fā)器傳熱系數(shù)升高，制冷量增大，能效比提高［16］。

與室內(nèi)側(cè)的干球溫度的影響相比，室內(nèi)側(cè)的濕球溫度的影響不明顯。標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下，濕球溫度19℃，干球溫度從27℃升高到28℃時(shí)，空氣的相對(duì)濕度從47.47%降到43.13%。機(jī)組此時(shí)處于濕工況，對(duì)室內(nèi)空氣的濕度較敏感，濕度降低導(dǎo)致傳熱系數(shù)減小，降低制冷量并抑制傳熱溫差增大對(duì)制冷量的提升作用，制冷量與能效比呈下降趨勢。

3.2 室外側(cè)干濕球溫度允差的影響

圖5和圖6分別為制冷量、EER隨室外側(cè)干濕球溫度變化的三維散點(diǎn)圖。隨著室外側(cè)干球溫度的升高，制冷量與EER一致降低。與室內(nèi)側(cè)一致，室外側(cè)干球溫度的正偏差會(huì)削弱機(jī)組的制冷性能，室外側(cè)濕球溫度的正偏差會(huì)強(qiáng)化機(jī)組的制冷性能。

圖5 制冷量隨室外側(cè)干濕球溫度的變化Fig.5 Cooling capacity versus outdoor dry and wet bulb tem perature

圖6 EER隨室外干濕球溫度的變化Fig.6 EER versus outdoor dry and wet bulb tem perature

隨著干濕球溫度在國標(biāo)干濕球溫度允差±1℃／±0.5℃內(nèi)變動(dòng)，制冷量和EER以室外側(cè)標(biāo)準(zhǔn)干濕球工況點(diǎn)35℃／24℃的測量值為中心，呈矩形曲面分布，且坡向室外側(cè)干球溫度變化方向。室外側(cè)干球溫度帶來制冷量與EER的變化梯度要高于室外側(cè)濕球溫度的制冷量與EER的變化梯度。

通過對(duì)室外側(cè)干濕球溫度二維極限耦合的實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行數(shù)值擬合可以得到：

式中：Q為制冷量，kW；EER為能效比；tODBT為室外側(cè)干球溫度，℃；tOWBT為室外側(cè)濕球溫度，℃。

3.3 室內(nèi)側(cè)與室外側(cè)干濕球溫度允差耦合影響

GB／T19576—2004規(guī)定風(fēng)管送風(fēng)機(jī)組的二級(jí)能效限定值為2.70。由表3可知，在國標(biāo)允差范圍內(nèi)，室內(nèi)外側(cè)干球溫度達(dá)允差下限－1℃，室內(nèi)外側(cè)濕球溫度達(dá)允差上限0.5℃，即室外側(cè)干球溫度達(dá)34℃，濕球溫度24.5℃，室內(nèi)側(cè)干球溫度26℃，濕球溫度19.5℃時(shí)，機(jī)組處于最佳工況，EER為2.80，達(dá)到國家二級(jí)能效。室內(nèi)外側(cè)干球溫度達(dá)允差上限1℃，室內(nèi)外側(cè)濕球溫度達(dá)允差下限－0.5℃，即室外側(cè)干球溫度36℃，濕球溫度23.5℃，室內(nèi)側(cè)干球溫度28℃，濕球溫度18.5℃時(shí)，機(jī)組處于最不利工況，EER 為2.64，達(dá)到國家三級(jí)能效。最佳工況的EER高于標(biāo)準(zhǔn)工況測量值達(dá)3.26%，最不利工況的EER低于標(biāo)準(zhǔn)工況測量值達(dá)1.81%。標(biāo)準(zhǔn)工況下，機(jī)組的EER為2.71，十分靠近能效等級(jí)二三級(jí)的分界點(diǎn)2.70，干濕球允差造成機(jī)組由二級(jí)能效誤判為三級(jí)能效的概率達(dá)到42.9%。

采用最小二乘法對(duì)實(shí)驗(yàn)值進(jìn)行線性回歸分析，可以得到：

式中：Q為制冷量，kW；EER為能效比；tODBT為室外側(cè)干球溫度，℃；tOWBT為室外側(cè)濕球溫度，℃；tIDBT為室內(nèi)側(cè)干球溫度，℃；tIWBT為室內(nèi)側(cè)濕球溫度，℃。

由于室內(nèi)側(cè)濕球溫度正偏差的強(qiáng)化作用直接影響制冷量，而室外側(cè)干球溫度的削弱作用直接影響輸入功率，再間接影響制冷量。故室內(nèi)側(cè)濕球溫度允差對(duì)EER的影響最顯著，影響系數(shù)為0.0464；其次是室外側(cè)干球溫度，對(duì)EER的影響系數(shù)為－0.0340。而室外側(cè)濕球溫度、室內(nèi)側(cè)干球溫度的影響作用微弱。

利用上述公式可以計(jì)算不同允差對(duì)機(jī)組測試結(jié)果帶來的影響。由于最佳與最不利工況帶來的偏差最大，故只需考慮以上兩種工況的EER誤差。由表4可知，干濕球溫度允差嚴(yán)格為±0.3℃／±0.1℃，機(jī)組的EER測定誤差將由±3.5%降低至±1%，提高能效等級(jí)劃分準(zhǔn)確度。而實(shí)施干濕球溫度允差分級(jí)將提高新建空調(diào)機(jī)組性能檢測中心的測量準(zhǔn)確度。

表4 不同允差誤差計(jì)算結(jié)果Tab.4 Calculation results of different variations

4 結(jié)論

本文采用空氣焓差性能測試方法，進(jìn)行干濕球溫度在國標(biāo)允差內(nèi)變化對(duì)風(fēng)管送風(fēng)式熱泵性能影響的實(shí)驗(yàn)研究，分析現(xiàn)行國標(biāo)規(guī)定的干濕球溫度允差對(duì)空調(diào)機(jī)組的影響。

1）在國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的干濕球允差范圍內(nèi)，室外側(cè)干濕球溫度為34℃，濕球溫度為24.5℃，室內(nèi)側(cè)干球溫度為26℃，濕球溫度為19.5℃時(shí)，機(jī)組處于最佳制冷工況，EER為2.80，高出標(biāo)準(zhǔn)工況測量值達(dá)3.26%。

2）室內(nèi)側(cè)濕球溫度在國標(biāo)允差內(nèi)變動(dòng)對(duì)機(jī)組的制冷性能影響最顯著，對(duì)EER的影響系數(shù)為0.0464；其次是室外側(cè)干球溫度，對(duì) EER的影響系數(shù)為－0.0340。

3）干濕球溫度允差嚴(yán)格為±0.3℃／±0.1℃，EER測定誤差將由±3.5%降低至±1%，提高能效等級(jí)劃分準(zhǔn)確度。

本文受江蘇省高校自然科學(xué)基金（12KJB470010）和江蘇省產(chǎn)學(xué)研聯(lián)合創(chuàng)新資金（BY2013001?05）項(xiàng)目資助。（The project was supported by the Natural Science Foundation of the Higher Education Institutions of Jiangsu Province（No.12KJB470010）and Prospective Study of Industry University Research Cooperation in Jiangsu Prov?ince（No.BY2013001?05）.）

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黃虎，男，博士，南京師范大學(xué)能源與機(jī)械工程學(xué)院，（025）85481033，E?mail：hulqf＠163.com。研究方向：制冷設(shè)備性能優(yōu)化。

About the corresponding author

Huang Hu，male，doctor，School of Energy and Mechanical Engi?neering，Nanjing Normal University，＋86 25?85481033，E?mail：hulqf＠163.com.Research fields：performance optimization for refrigeration equipment.

（1南京師范大學(xué)能源與機(jī)械工程學(xué)院 南京 210042；2合肥通用機(jī)械研究院 合肥 230000）

為分析現(xiàn)行國標(biāo)規(guī)定的干濕球溫度允差對(duì)空調(diào)機(jī)組能效的影響，采用空氣焓差性能測試方法，控制環(huán)境干濕球溫度在GB／T 17758—2010規(guī)定的讀數(shù)允差±1℃／±0.5℃內(nèi)波動(dòng)，測定風(fēng)管送風(fēng)式熱泵實(shí)驗(yàn)樣機(jī)的制冷量與能效比。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，室內(nèi)外側(cè)干球溫度達(dá)允差下限－1℃，室內(nèi)外側(cè)濕球溫度達(dá)允差上限＋0.5℃時(shí)，機(jī)組處于最佳制冷工況，EER為2.80，高于標(biāo)準(zhǔn)工況測量值達(dá)3.26%。室內(nèi)側(cè)濕球溫度對(duì)EER影響最為顯著，影響系數(shù)為0.0464；其次是室外側(cè)干球溫度，對(duì)EER的影響系數(shù)為－0.0340。將干濕球溫度允差嚴(yán)格為±0.3℃／±0.1℃，EER測定誤差將由±3.5%降低至±1%，可更準(zhǔn)確評(píng)定機(jī)組的能效等級(jí)。

制冷性能實(shí)驗(yàn)；能效比；實(shí)驗(yàn)工況；干濕球溫度；允差

Experimental Study of Dry?bulb and Wet?bulb Tem perature Variations on Performance of Ducted Heat Pump

Pan Yamei1Huang Hu1Zhang Zhongbin1Shi Min2Zhang Wenting1Ma Haotian1

（1.School of Energy and Mechanical Engineering，Nanjing Normal University，Nanjing，210042，China；2.Hefei General Machinery Research Institute，Hefei，230000，China）

To analyze effects of dry?bulb and wet?bulb temperatures（D＆WBTs）on unit performance，experimental research on cooling capacity and EER of ducted heat pump are studied by means of air?enthalpy method when D＆WBTs change in±1.0℃／±0.5℃ of vari?ations set in national standard GB／T 17758—2010.Results show that the ducted heat pump is in best working condition when indoor and outside DBT reach lower limit of variation－1℃ and WBT reach upper limit of variation＋0.5℃.EER of unit is 2.8，which is 3.26% higher than the value measured in standard condition.The indoor WBT was found out to be the most significant factor with influence coef?ficient of 0.0464，followed by the outdoor DBT with influence coefficient of－0.0340.If DBT±0.3℃ and WBT±0.1℃ is provided to judge the energy efficiency class of air conditioner unit，the measurement error of EER drops from ±3.5%to±1%.

refrigeration performance test；energy efficiency ratio；test conditions；dry and wet?bulb temperature；variations

TU831.6；TQ051.5

A

0253－4339（2015）04－0078－07

10.3969／j.issn.0253－4339.2015.04.078

簡介

2014年12月10日