空调末端产品空气侧和水侧性能测试结果平衡误差计算方法分析探讨

戴世龙，王思琴，徐 军，柴增辉，陆婷婷，樊燕松

（合肥通用机械研究院有限公司，合肥 230031）

0 引言

空调末端主要有组合式空调机组、柜式风机盘管机组、风机盘管机组3种产品。这3种产品国内具有一定规模的企业销售产值在75.7亿元左右，其中组合式空调机组生产量为125 600台（套），柜式风机盘管机组生产量为181 580台，风机盘管机组产量为4 126 000台［1］。以上数据显示，空调末端是制冷空调产品的一个重要大类。

这3种产品分别对应3个不同的产品标准，分别是 GB/T 14294-2008 组合式空调机组［2］、GB/T 19232-2003 风机盘管机组［3］、JB/T 9066-1999 柜式风机盘管机组［4］。从标准年代号可以看出这3个标准已使用多年，需要结合产品的发展和新的检测技术、检测仪表的出现，新的社会需求加以修订。

1 3个标准对性能试验中空气侧和水侧2个测量结果平衡误差规定的计算方法

3种空调末端供冷量（供热量）试验按照3个标准规定需要分别测量出空气侧换热量（供冷量或供热量）和水侧换热量（供冷量或供热量）。空气侧换热量采用空气焓值法测量，水侧换热量采用液体载冷剂法测量。为了确认测试有效性，标准规定了测量平衡误差计算方法，当平衡误差不大于5%时，测量有效。

3种空调末端：供冷（热）量及平衡误差计算式如下。

1.1 组合式空调机组

根据GB/T 14294-2008附录E规定，空气侧换热量和水侧换热量计算式，以及供冷量、供热量计算和测量平衡误差计算式如下。

1.1.1 冷却工况

空气侧换热量：

式中 Qa——空气侧换热量，kW；

Li——喷嘴风量，m3/s；

ρi——喷嘴处空气密度，kg/m3；

di——喷嘴处空气含湿量，kg/kg；

Ia1—— 试验机组进口空气焓值，kJ/kg；

Ia2—— 试验机组出口空气焓值，kJ/kg；

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

t2s——试验机组出口湿球温度，℃；

Δd —— 试验机组出口含湿量，kg/kg。

水侧换热量：

式中 Qw——水侧换热量，kW；

W ——水流量，kg/s；

tw2——试验机组水出口温度，℃；

tw1——试验机组水进口温度，℃。

1.1.2 加热工况

空气侧换热量：

式中 Cpa——空气的定压比热，kJ/（kg·K）；

ta2——试验机组出口干球温度，℃；

ta1——试验机组进口干球温度，℃。

水侧换热量：

1.1.3 机组供冷（热）量

式中 Q ——试验机组换热量，kW。

1.1.4 空气侧和水侧测量计算结果平衡误差计算

1.2 风机盘管机组

根据GB/T 19232-2003附录B规定，空气侧换热量和水侧换热量计算式，以及供冷量、供热量计算和测量平衡误差计算式如下。

1.2.1 冷却工况

空气侧换热量：

水侧换热量计算式同式（2）。

1.2.2 加热工况

空气侧换热量：

水侧换热量计算式同式（4）。

1.2.3 机组供冷（热）量

机组供冷（热）量计算式同式（5）。

1.2.4 平衡误差计算

1.3 柜式风机盘管机组

根据JB/T 9066-1999附录A规定，空气侧换热量和水侧换热量计算式，以及供冷量、供热量计算和测量平衡误差计算式如下。

1.3.1 冷却工况

空气侧换热量：

式中 qk——空气侧漏热量，kW。

水侧换热量计算式同式（2）。

1.3.2 加热工况

空气侧换热量：

水侧换热量计算式同式（4）。

1.3.3 机组供冷（热）量

机组供冷（热）量计算式同式（5）。

1.3.4 平衡误差计算

平衡误差计算式同式（9）。

从上述公式可以看出，除了空气侧换热量计算式有细小差异外，空气侧和水侧量计算结果平衡误差也存在2种不同计算方法，其中风机盘管和柜式风机盘管的计算方法相同，而组合式空调机组采用另一种方法，最大差异在分母不同。组合式空调机组分母是空气侧换热量，其它2种机组分母是机组供冷（热）量。

2 2种平衡误差计算方法的合理性分析

2.1 En值计算方法

采用En值方法分析2种平衡误差的合理性。En值是一种被广泛用于实验室间（内）比对结果统计处理和判定比对一致性的一种评价指标。根据 CNAL-GL02-2014［5］规定，｜ En｜≤ 1，则判定参加者的结果为满意，否则判定为不满意。CNALGL02-2014中规定的参考试验结果值与参加试验结果值采用En值分析计算，空调末端试验有空气侧测量计算结果和水侧测量计算结果，而最终被我们感受到的是空气侧，而且在GB/T17758-2010单元式空气调节机［6］等标准中也将空气侧测量结果作为主侧，因此本文将空气侧值作为参考值，水侧的测量值作为参加值，具体公式如下。

组合空调的En值计算式：

式中 Qw——参加试验结果值；

Qa——参考试验结果值；

UQa——参考试验结果值不确定度；

UQw——参加试验结果值不确定度。

风机盘管及柜式风机盘管En值计算式：

式中 Q ——参加试验结果值；

UQ——参加试验结果值不确定度。

影响试验结果的因素很多，试验工况是影响最大的一个因素。空调末端供冷（热）量名义值是指标准规定的名义供冷（热）工况下的值。空调末端的名义工况为固定值，但由于试验工况存在波动，因此在标准中规定了工况波动范围，这些波动范围既对测试结果有一定影响，也对2种测试方法计算结果平衡有一定的影响。本文通过工况极限偏差影响分析，确定空调末端3个标准规定的2种平衡误差计算方法的合理性。

2.2 试验工况

空调末端标准规定的名义工况及工况波动范围见表1。根据名义工况表设计验证试验的供冷测试工况见表2，供热测试工况见表3。上述工况设立，主要依据以下几点：由于本文主要采用En法研究空气侧和水侧测试结果两种偏差计算方法的合理性，因此不确定度影响因素作为工况设定的一个重要依据。（1）标准虽然仅规定了名义工况参数，实际上，在标准规定范围内，对于指定工况测试，其偏差也应符合相应标准要求，因此制热测试工况主要按照风机盘管和柜式风机盘管名义工况点，这样既可以说明问题，也可以减少测试工作量；（2）参考文献［7］的结论，影响供冷量不确定度的主要因素，空气侧是进出口湿球温度，因此主要考虑进出口干湿球温度变化。实际上水侧供冷量不确定度主要是进出水温度，故在工况设置主要考虑进出口水温变化影响。供热量空气侧不确定度主要影响因素是进出口干球温度，水侧是进出口水温。

表1 空调末端标准规定的名义工况及工况波动范围

表2 验证试验供冷测试工况 ℃

表3 验证试验供热测试工况

2.2.2 测试结果

试验采用一台风量为1 800 m3/h的风机盘管作为试验样机，根据表2验证工况，分别用式（1）～（11）进行计算，测试结果见表 4，5。

表3 测试结果（供冷量）

表4 测试结果（供热量）

2.3 数据分析

用En值法分析，首先要计算Qa和Qw的不确定度 UQa，UQw。UQa，UQw分别由各自的 A 类和 B类不确定度合成［8-9］，即：

参考文献［7］的结论，UQa（A），UQw（A）评定主要是通过独立重复测量对观察列进行统计分析的方法得到，UQa（B）主要是由 UIa1（B）和 UIa2（B）确定。同样 UQw（B）主要是由 Utw1（B）和 Utw2（B）确定。其计算结果分别见表6和7。

表6 不确定度计算结果（供冷量）

表7 不确定度计算结果（供热量）

从式（1）～（16）可见，空气侧换热量存在很小差异，水侧换热量公式一致，由于空气侧换热量计算差异，带来空调末端供冷（热）量存在微小差异，这在表3，4中可以看到。

表3，4中的平衡误差值表明，本次试验2种计算方式得到的结果有差异，但也均满足标准规定的≤5%要求。

表5，6中En值的绝对值｜En｜≤1。组合式空调机组平衡误差｜En｜值分析方法是空气侧焓值法和水侧焓值法2种测量方法值的比较，而风机盘管和柜式风机盘管则是采用空气焓值法测量值与空气焓值法和水侧焓值法测量值的平均值比较，采用｜En｜值计算时，其分子变小（只有原有的一半），分母可能变大，也可能变小（但变化值小），这取决于空气焓值法的不确定度是否大于水侧焓值法的不确定度，总的来说风机盘管和柜式风机盘管的｜En｜值要小于组合式空调机组的｜En｜值，也就是说相同的值，组合式空调机组En值分析方法更加严格。

3 结论

（1）从2.3分析可以看出，虽然3个标准分别规定了2种平衡误差计算方法，经过En值法分析，均可以满足要求，但是，组合式空调机组标准规定的方法更加严苛，建议在以后的标准修订时，均采用组合式空调机组标准规定的平衡计算方法；

（2）空调末端3个标准规定测量方法是空气焓值法和水侧焓值法，其空气侧换热量的计算方法也有微小差异，主要有两点：

一是风机盘管的空气侧换热量计算没有采用干空气，而空气的焓的单位是kJ/kg（干空气）；

二是柜式风机盘管标准中有漏热修正，虽然各个标准对测量装置的漏热有规定，要求漏热量不大于测量换热量的1%，但是在计算式中只有柜式风机盘管提到漏热修正，组合式空调机组标准和风机盘管标准均没有涉及，在实际测量中有的测量计算软件根据漏热标定结果，已带入修正。漏热修正应该定期通过标定加以调整。这些应该在以后的标准制（修）订中加以修正；

（3）3个标准在供热工况测试偏差设定时，其水侧工况偏差规定值大于供冷时的工况偏差规定值，而在实际实验室测试过程中，测试工况偏差可以远远小于标准规定值，因此建议未来标准修订中，将实验室水侧供热测试工况偏差值，与供冷工况一致，即 ±0.3 ℃。