空調(diào)器運動大導(dǎo)風(fēng)板動態(tài)溫度補償技術(shù)研究

王銳鋒，彭光前，吳俊鴻，單聯(lián)瑜，于琦

（小米科技（武漢）有限公司，湖北武漢，430010）

隨著我國經(jīng)濟的迅速發(fā)展以及人民生活水平日益提高，空調(diào)已經(jīng)成為人們生活中非常重要的家電產(chǎn)品。2016年中國的建筑能源消耗約占全國能源消耗總量的20.6 %［11］,并且逐年增加；而為了營造舒適的室內(nèi)溫度和工作環(huán)境，供暖、通風(fēng)和空調(diào)系統(tǒng)消耗了約建筑總能耗的50 %［2］，因此，空調(diào)的節(jié)能設(shè)計已成為我國節(jié)能環(huán)保的基本需求。而空調(diào)對室內(nèi)空氣進(jìn)行加熱或降溫過程中，由于溫度變化導(dǎo)致空氣密度改變，會出現(xiàn)空氣溫度分層的現(xiàn)象。對此，行業(yè)內(nèi)通過在結(jié)構(gòu)上由傳統(tǒng)的小導(dǎo)風(fēng)板向運動大導(dǎo)風(fēng)板的技術(shù)升級，實現(xiàn)了諸如“地毯式送風(fēng)”的效果，提高了熱量的利用效率。但是，空調(diào)主要通過自身傳感器檢測的溫度對輸出能力進(jìn)行調(diào)節(jié)實現(xiàn)控溫，運動大導(dǎo)風(fēng)板由于出風(fēng)角度調(diào)節(jié)范圍進(jìn)一步擴展，不同導(dǎo)風(fēng)角度下，房間溫度分層不同，如果沿用傳統(tǒng)的溫度補償技術(shù)，采用固定的修正值（制冷補償0℃，制熱補償3℃），則會導(dǎo)致一些情況下控溫不準(zhǔn)，影響用戶體驗，并在溫度過調(diào)的情況下產(chǎn)生能源浪費。

對于室內(nèi)溫度分層的影響因素，學(xué)術(shù)上以及行業(yè)內(nèi)已有相關(guān)研究并取得了一定成果。胡洪昊［3］利用CFD研究了熱風(fēng)落地高度隨出風(fēng)角度、出風(fēng)溫度的變化趨勢；李越峰［4］通過數(shù)值模擬結(jié)合實驗測試的方法，分析了房間內(nèi)的氣流組織分布情況；喻耀明［5］驗證了不同氣流組織形式下房間的溫度變化速率、溫度分布不均勻系數(shù)、能量利用系數(shù)等；周艷蕊［6］用評價指標(biāo)對不同的送風(fēng)參數(shù)下空調(diào)房間內(nèi)的氣流組織進(jìn)行了評價?？偟膩碚f，空調(diào)器風(fēng)口結(jié)構(gòu)形式、風(fēng)口高度、出風(fēng)角度、出風(fēng)溫度等送風(fēng)參數(shù)，均是影響室內(nèi)溫度場分布特性的重要因素。

因而，合理的溫度補償策略可以進(jìn)一步提升運動大導(dǎo)風(fēng)板空調(diào)器的舒適性和節(jié)能效果。筆者所在團(tuán)隊通過運動大導(dǎo)風(fēng)板不同角度下的制冷、制熱實測數(shù)據(jù)，對動態(tài)溫度補償技術(shù)進(jìn)行了分析研究。

1 動態(tài)溫度補償技術(shù)

由于室內(nèi)溫度分布情況與空調(diào)的出風(fēng)狀態(tài)息息相關(guān)，動態(tài)溫度補償技術(shù)就是通過獲取空調(diào)器當(dāng)前的出風(fēng)狀態(tài)，即結(jié)合出風(fēng)角度（導(dǎo)風(fēng)板角度）、出風(fēng)速度（內(nèi)風(fēng)機運行風(fēng)檔）和出風(fēng)溫度（以內(nèi)管溫度表征出風(fēng)溫度），對室內(nèi)檢測溫度進(jìn)行動態(tài)補償修正，使得修正后的內(nèi)環(huán)溫度接近人員活動區(qū)溫度，進(jìn)而實現(xiàn)更好的控溫效果。

2 試驗方案

2.1 樣機配置

樣機為1.5HP變頻空調(diào)器，采用運動大導(dǎo)風(fēng)板，通過連桿將導(dǎo)風(fēng)板推出風(fēng)口一定距離，對風(fēng)量不產(chǎn)生明顯影響的情況下，導(dǎo)風(fēng)板可在較大角度范圍內(nèi)動作，具體配置見表1。此外，測試樣機自身傳感器檢測的室內(nèi)溫度未作修正。

表1 測試樣機配置

2.2 實驗室布局

測試在空調(diào)舒適性評價室進(jìn)行，試驗臺布置如圖1所示，房間溫度測點如圖2所示。測試期間，室內(nèi)機下沿距離地面高度2.3±0.1m，模擬空調(diào)在用戶家里的實際安裝情況。其中，以0.1～1.7m高度內(nèi)所有測點的平均溫度代表人體活動區(qū)域的平均溫度，以△T代表人體活動區(qū)域平均溫度與內(nèi)環(huán)檢測溫度的差值。

圖1 室內(nèi)布置

圖2 舒適性測溫點分布圖

2.3 測試方法

在表2的測試工況下，空調(diào)制冷/制熱開機運行，分別驗證如圖3不同導(dǎo)風(fēng)角度和設(shè)定方式下，室內(nèi)溫度穩(wěn)定時，人體活動區(qū)域的平均溫度與室內(nèi)環(huán)境感溫包處熱電偶檢測溫度的差值，分析室內(nèi)溫度分層情況。

圖3 不同導(dǎo)風(fēng)角度（上定格-中間定格-下定格）

表2 測試工況

3 試驗結(jié)果分析

3.1 制冷測試情況

制冷分別驗證了，上定格-中間定格-下定格導(dǎo)風(fēng)角度下，內(nèi)風(fēng)機4檔和7檔在設(shè)定26 ℃和20℃情況下，室內(nèi)溫度穩(wěn)定時的溫度分層情況。

圖4 制冷上定格角度不同風(fēng)檔溫度分布情況

圖5 制冷中間角度不同風(fēng)檔溫度分布情況

圖6 制冷下定格角度不同風(fēng)檔溫度分布情況

制冷工況下人體活動區(qū)域溫度整體較內(nèi)環(huán)檢測溫度偏低。如果采用0 ℃的固定補償溫度，當(dāng)空調(diào)內(nèi)環(huán)感溫包處檢測溫度達(dá)到設(shè)定溫度時，根據(jù)空調(diào)設(shè)置不同，結(jié)合表3中的△T可以發(fā)現(xiàn)，人體活動區(qū)域會有0.15～2.3℃左右的超調(diào)。

表3 制冷不同運行狀態(tài)下△T 的數(shù)據(jù)匯總

整體上制冷運行時，室內(nèi)溫度分層情況相對較好，并且制冷運行時，冷風(fēng)在密度作用下的沉降方向與目標(biāo)控溫區(qū)域（即人體活動區(qū)域）方向一致，不同風(fēng)檔對室內(nèi)溫度分布的影響相對較小，而出風(fēng)溫度直接影響空氣密度，對冷風(fēng)的沉降情況產(chǎn)生直接影響，與導(dǎo)風(fēng)方向?qū)κ覂?nèi)溫度分布的影響較明顯。結(jié)合測試數(shù)據(jù)，運動大導(dǎo)風(fēng)板在制冷工況下的動態(tài)溫度補償可以參照表4處理。

表4 運動大導(dǎo)風(fēng)板制冷動態(tài)溫度補償

3.2 制熱測試情況

制熱分別驗證了，上定格-中間定格-下定格導(dǎo)風(fēng)角度下，內(nèi)風(fēng)機4檔和7檔在設(shè)定20℃和27℃情況下，室內(nèi)溫度穩(wěn)定時的溫度分層情況。

圖7 制熱上定格角度不同風(fēng)檔溫度分布情況

圖9 制熱下定格角度不同風(fēng)檔溫度分布情況

制熱工況下人體活動區(qū)域溫度整體較內(nèi)環(huán)檢測溫度偏低。結(jié)合表5，如果采用3℃的固定補償溫度對△T進(jìn)行修正，當(dāng)空調(diào)內(nèi)環(huán)感溫包處檢測溫度達(dá)到設(shè)定溫度時，如果此時導(dǎo)風(fēng)板位于上定格情況下，人體活動區(qū)溫度與內(nèi)環(huán)檢測溫度的偏差在-2～1℃范圍內(nèi)；當(dāng)導(dǎo)風(fēng)板位于中間定格和下定格時，人體活動區(qū)域根據(jù)空調(diào)設(shè)置不同，會有2～3.5℃左右的超調(diào)?？梢姙榱吮ＷC制熱效果，固定溫度補償值在上定格-7檔情況下可以實現(xiàn)較好的控溫效果，而在中間定格和下定格情況下，則有較大的設(shè)計余量。

表5 制熱不同運行狀態(tài)下△T 的數(shù)據(jù)匯總

制熱運行時熱風(fēng)在密度作用下的上浮方向與目標(biāo)控溫區(qū)域（即人體活動區(qū)域）方向相反，不同風(fēng)速在垂直方向和水平方向上的速度分量對室內(nèi)溫度分布的影響相對較大，與出風(fēng)溫度共同決定了室內(nèi)溫度分布。結(jié)合測試數(shù)據(jù)，運動大導(dǎo)風(fēng)板在制熱工況下的動態(tài)溫度補償可以參照表6處理。

表6 運動大導(dǎo)風(fēng)板制熱動態(tài)溫度補償

4 結(jié)論

本文通過運動大導(dǎo)風(fēng)板空調(diào)器在不同導(dǎo)風(fēng)板角度、內(nèi)機風(fēng)檔、設(shè)定溫度下的室溫分布情況進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)傳統(tǒng)的固定溫度補償技術(shù)為了保證制冷、制熱效果，溫度補償值有較大的設(shè)計余量，會導(dǎo)致制冷工況下活動區(qū)溫度最大超調(diào)2.3℃，制熱工況下活動區(qū)溫度最大超調(diào)3.5℃，產(chǎn)生能源浪費。

本文根據(jù)實測數(shù)據(jù)對運動大導(dǎo)風(fēng)板的動態(tài)溫度補償技術(shù)進(jìn)行了初步探討，得到了以下結(jié)論：

（1）制冷采用動態(tài)溫度補償技術(shù)，主要需要考慮導(dǎo)風(fēng)板角度和出風(fēng)溫度的影響，而與風(fēng)檔的關(guān)系較小。相同導(dǎo)風(fēng)角度以及出風(fēng)溫度情況下，4檔和7檔均可以采用相同的補償溫度。

（2）制熱需要綜合考慮內(nèi)機風(fēng)檔、導(dǎo)風(fēng)板角度和出風(fēng)溫度的綜合影響。較高風(fēng)檔情況下，室內(nèi)空氣循環(huán)相對較好，溫度分布也較好，可適當(dāng)減小補償溫度；導(dǎo)風(fēng)板角度位于中間定格和下定格時，溫度分布情況相對上定格明顯改善，可采用較小的補償溫度；此外，管溫越高，熱氣上浮越嚴(yán)重，尤其是風(fēng)檔偏低以及導(dǎo)風(fēng)角度偏上的情況下，需要采用較大的補償溫度。