楊瑞麗 王志坤 李子旭
(中家院(北京)檢測認(rèn)證有限公司,北京 100176)
隨著社會(huì)的發(fā)展和生活水平的提高,人們對(duì)生活環(huán)境的舒適性要求越來越高,房間空調(diào)器的發(fā)展已逐漸由追求簡單的制冷制熱向追求舒適性的方向邁進(jìn)。目前空調(diào)器的舒適性評(píng)價(jià)方法標(biāo)準(zhǔn)主要有GB/T 33658-2017《室內(nèi)人體熱舒適環(huán)境要求與評(píng)價(jià)方法》[1]、CQC 1604-2015《房間空氣調(diào)節(jié)器舒適性認(rèn)證技術(shù)規(guī)范》[2]、CHCT-JSGF-018-2016《房間空氣調(diào)節(jié)器舒適性評(píng)價(jià)技術(shù)規(guī)范》[3]等。高文琪[4]對(duì)空調(diào)制冷舒適性的指標(biāo)進(jìn)行了研究分析。此外,有學(xué)者針對(duì)空調(diào)出風(fēng)口形式[5]、出風(fēng)口位置[6]、空調(diào)風(fēng)口風(fēng)速[7]等對(duì)熱舒適的影響進(jìn)行了研究。為模擬空調(diào)的實(shí)際運(yùn)行情況,在舒適性試驗(yàn)過程中通常需要投入一定量的熱負(fù)荷?,F(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)中沒有對(duì)熱源做出明確規(guī)定。通常實(shí)驗(yàn)室以電加熱作為熱源,此外,GB/T 33658-2017 中給出一種參考方法,通過在室內(nèi)側(cè)天花板的四周設(shè)置開孔導(dǎo)入室外側(cè)空氣作為熱源。不同的試驗(yàn)條件可能導(dǎo)致測試結(jié)果的差異。目前缺少針對(duì)空調(diào)舒適性測試用熱源的相關(guān)研究。本文通過實(shí)際測試分析空調(diào)制冷舒適性試驗(yàn)過程中熱源投入熱量的大小、熱源溫度及熱源位置對(duì)溫度均勻度、溫度波動(dòng)測試結(jié)果的影響,為相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的制修訂及空調(diào)設(shè)計(jì)開發(fā)人員提供參考。
在如圖1 所示的試驗(yàn)室中進(jìn)行試驗(yàn)。試驗(yàn)室分室內(nèi)側(cè)和室外側(cè)兩部分,其中室內(nèi)側(cè)分為室內(nèi)側(cè)外室和室內(nèi)側(cè)內(nèi)室,墻體結(jié)構(gòu)均為保溫庫板。室外側(cè)和室內(nèi)側(cè)外室溫濕度可控,室內(nèi)側(cè)內(nèi)室溫濕度通過打開室內(nèi)側(cè)內(nèi)室的門與室內(nèi)側(cè)外室換熱來控制。
圖1 試驗(yàn)室示意圖
房間面積及房間內(nèi)熱電偶布置:室內(nèi)側(cè)內(nèi)室房間尺寸為4.2 m×3.5 m×2.7 m(長×寬×高)。溫度場每個(gè)平面測點(diǎn)數(shù)量為5×5,相鄰測點(diǎn)間的距離為(0.5±0.01)m。垂直方向0.1 m、0.6 m、1.1 m、1.7 m 布置4 個(gè)測溫點(diǎn)。
熱源系統(tǒng):主要由恒溫水槽、毛細(xì)管網(wǎng)、水泵、變頻器、流量計(jì)等組成。毛細(xì)管網(wǎng)敷設(shè)在圖1 所示室內(nèi)側(cè)內(nèi)室B 墻,尺寸為3 m×2.5 m(長×高)。通過測量毛細(xì)管網(wǎng)的進(jìn)、出水溫度及水流量計(jì)算投入房間的熱量。通過調(diào)節(jié)進(jìn)水溫度、水流量來控制投入房間的熱量。
試驗(yàn)樣機(jī)及安裝:試驗(yàn)樣機(jī)為一臺(tái)額定制冷量為3 500 W的變頻分體式壁掛機(jī),室內(nèi)機(jī)安裝在圖1 所示A 墻距離門側(cè)1/3 位置處,高度為2.3 m±0.1 m(空調(diào)器室內(nèi)機(jī)下沿距地面高度)。
試驗(yàn)方法:(1)設(shè)定初始環(huán)境工況:室內(nèi)側(cè)干球溫度(35±1)℃、濕球溫度(24±0.5)℃;室外側(cè)干球溫度(35±1)℃、濕球溫度(24±0.5)℃;(2)每隔5 s 采集一次數(shù)據(jù),并運(yùn)行至熱穩(wěn)定狀態(tài)(每20 min 計(jì)算一次室內(nèi)所有測點(diǎn)的平均值,連續(xù)3 個(gè)平均值的差值不大于1℃);(3)打開試驗(yàn)樣機(jī)(設(shè)定:制冷模式,27 ℃,水平方向出風(fēng),最大風(fēng)速)及熱源系統(tǒng),立即關(guān)閉室內(nèi)側(cè)內(nèi)室的門,同時(shí)室內(nèi)側(cè)外室溫度設(shè)定為跟隨室內(nèi)側(cè)內(nèi)室變化,室外側(cè)工況狀態(tài)不變;(4)試驗(yàn)樣機(jī)運(yùn)行2 h 后,選取1 h 的數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算(若有明顯溫度波動(dòng)周期,選取不小于1 h 的完整周期數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算)。
2.1.1 熱源投入熱量對(duì)溫度均勻度的影響
熱源進(jìn)水溫度分別設(shè)定為35 ℃、34 ℃、33 ℃、32 ℃、31 ℃、30 ℃,實(shí)測進(jìn)水溫度在設(shè)定值±0.1 ℃范圍內(nèi)。通過調(diào)節(jié)水流量改變投入房間的熱量,溫度均勻度的測試結(jié)果如圖2 所示。
圖2 不同投入熱量下的溫度均勻度
受空調(diào)本身控制精度影響,環(huán)境條件設(shè)定完全相同時(shí),空調(diào)的運(yùn)行情況也不完全相同,因此測試結(jié)果會(huì)有一定波動(dòng)。從圖2 中可以看出大致趨勢:(1)投入熱量小于1 200 W 時(shí),溫度均勻度基本穩(wěn)定在(0.32±0.02)℃范圍內(nèi);(2)投入熱量大于1 200 W 時(shí),隨著投入熱量的增加溫度均勻度逐漸增大。
房間內(nèi)局部位置投入熱量大于一定值時(shí),投入熱量越大,溫度場越不均勻,溫度均勻度測試值越大。因此,應(yīng)充分考慮實(shí)際空調(diào)使用房間的得熱量,來確定測試標(biāo)準(zhǔn)中的投入熱量。
2.1.2 熱源投入熱量對(duì)溫度波動(dòng)的影響
對(duì)于單個(gè)測點(diǎn)溫度波動(dòng),標(biāo)準(zhǔn)GB/T 33658-2017 和CQC 1604-2015 規(guī)定的計(jì)算方法相同。對(duì)于整個(gè)室內(nèi)環(huán)境的溫度波動(dòng),依據(jù)GB/T 33658-2017 計(jì)算為室內(nèi)所有測點(diǎn)溫度波動(dòng)的平均值,依據(jù)CQC 1604-2015 計(jì)算為室內(nèi)所有測點(diǎn)溫度波動(dòng)的加權(quán)平均值(不同位置測點(diǎn)具有不同的權(quán)重系數(shù))。本文依據(jù)GB/T 33658-2017 規(guī)定的方法計(jì)算整個(gè)室內(nèi)的溫度波動(dòng),測試結(jié)果如圖3 所示。
圖3 不同投入熱量下的溫度波動(dòng)
從圖3 中可以看出,溫度波動(dòng)結(jié)果明顯分為兩個(gè)區(qū)間:(1)投入熱量大于1 150 W 時(shí),溫度波動(dòng)基本穩(wěn)定在0.15~0.30 ℃范圍內(nèi);(2)投入熱量小于1 050 W 時(shí),溫度波動(dòng)大于0.5 ℃。
溫度波動(dòng)的大小主要受空調(diào)的運(yùn)行方式和控制精度影響。本次試驗(yàn)樣機(jī)為變頻空調(diào),熱源投入熱量大于1 150 W 時(shí),空調(diào)壓縮機(jī)能夠較穩(wěn)定地保持在某一轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)運(yùn)行,房間內(nèi)的溫度波動(dòng)很小。當(dāng)熱源投入熱量較小時(shí),空調(diào)壓縮機(jī)出現(xiàn)周期性的啟停,房間內(nèi)的溫度波動(dòng)增大。
由于以上試驗(yàn)熱源進(jìn)水溫度最高35 ℃與最低30 ℃相差不大,且試驗(yàn)結(jié)果有一定的波動(dòng),為更好地分析熱源溫度對(duì)測試結(jié)果的影響,使用電加熱(表面溫度約為50 ℃)作為熱源與上述試驗(yàn)進(jìn)行對(duì)比。試驗(yàn)時(shí)電加熱依次放置在A 墻、B 墻中心位置的地面上,距離墻體(0.1±0.01)m 位置處。電加熱尺寸為0.76 m×0.11 m×0.60 m(長×寬×高)。測試結(jié)果如表1 所示。其中,為減小熱源附近的不均勻溫度場對(duì)測試結(jié)果的影響,表1 中帶括號(hào)的數(shù)據(jù)為去除熱源側(cè)溫度測點(diǎn)后計(jì)算的結(jié)果。例如,熱源在B 墻側(cè),括號(hào)中的數(shù)據(jù)為去除圖1 中1~5位置處共20 個(gè)溫度測點(diǎn)后計(jì)算的結(jié)果。
表1 溫度均勻度、溫度波動(dòng)測試結(jié)果
以表1 結(jié)果可以看出:(1)熱源溫度越高,溫度均勻度的測試結(jié)果越大。(2)熱源的放置位置會(huì)對(duì)溫度均勻度的測試結(jié)果產(chǎn)生影響。(3)熱源溫度、熱源位置對(duì)溫度波動(dòng)的測試結(jié)果沒有明顯影響。
空調(diào)運(yùn)行時(shí)房間內(nèi)形成一個(gè)不均勻的溫度場,熱源放置在低溫區(qū)域或高溫區(qū)域?qū)囟染鶆蚨葴y試結(jié)果的影響不同,且熱源溫度越高,影響越大。A 墻為室內(nèi)側(cè)和室外側(cè)之間的隔墻,墻上設(shè)有玻璃窗,且試驗(yàn)時(shí)空調(diào)設(shè)置為水平方向出風(fēng),A 墻側(cè)區(qū)域?yàn)榉块g內(nèi)的高溫區(qū)域,熱源放置在A 墻側(cè)時(shí)加劇了房間內(nèi)溫度的不均勻度。
本文通過試驗(yàn)對(duì)比分析,得出以下結(jié)論:(1)向房間投入熱量越大、熱源溫度越高,會(huì)導(dǎo)致房間內(nèi)局部溫度越高,溫度均勻度測試值越大。(2)對(duì)于變頻空調(diào),向房間投入熱量過小時(shí),可能會(huì)導(dǎo)致空調(diào)壓縮機(jī)出現(xiàn)周期性啟停,房間內(nèi)的溫度波動(dòng)增大。(3)熱源放置位置影響溫度均勻度的測試結(jié)果。熱源放置在高溫區(qū)域會(huì)加劇房間內(nèi)溫度的不均勻性。目前各標(biāo)準(zhǔn)對(duì)投入房間的熱量規(guī)定不盡相同,為更準(zhǔn)確地對(duì)空調(diào)器進(jìn)行舒適性能評(píng)價(jià),建議根據(jù)空調(diào)使用房間的實(shí)際得熱量來確定試驗(yàn)過程中投入房間的熱量。為避免出現(xiàn)不同實(shí)驗(yàn)室依據(jù)相同標(biāo)準(zhǔn)測試結(jié)果不一致的情況,有必要在測試標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)熱源的溫度、放置位置等方面作出相關(guān)規(guī)定。