吳俊榮李敏黃升宇

（1.上海朗詩規(guī)劃建筑設(shè)計有限公司上海200092；2.上海出入境檢驗檢疫局；3.中國質(zhì)量認證中心上海分中心）

熱平衡法測量空調(diào)器制冷量測量不確定度的研究

吳俊榮1李敏2黃升宇3

（1.上海朗詩規(guī)劃建筑設(shè)計有限公司上海200092；2.上海出入境檢驗檢疫局；3.中國質(zhì)量認證中心上海分中心）

通過房間空調(diào)器制冷量測試的實例，分析熱平衡法測量的誤差來源，并對制冷量測試測試結(jié)果進行不確定評價，為業(yè)內(nèi)同行提供參考。

空調(diào)器；熱平衡法；制冷量；測量；不確定度

1 前言

熱平衡和空氣焓差法是目前業(yè)內(nèi)對房間空氣調(diào)節(jié)器（以下簡稱空調(diào)器）進行制冷量測試的主要方法。相對于焓差試驗室而言，熱平衡室對空調(diào)器制冷量的測試較為準確，行業(yè)內(nèi)常用熱平衡室來對焓差試驗室制冷量的測試結(jié)果進行標定。

但用熱平衡方法測量空調(diào)器的制冷量涉及到多個測量環(huán)節(jié)，使用了大量的如壓力、溫度、電量等儀表，在測試過程中會產(chǎn)生誤差積累，使得測試結(jié)果偏離真值，這就需要對熱平衡試驗室空調(diào)器制冷量測試過程的誤差來源進行分析并對此測量的不確定度進行評價。國際標準化組織ISO/TS 16491：2012（E）《Guidelines for the evaluation of uncertainty of measurement in air conditioner and heat pump cooling and heating capacity tests》技術(shù)規(guī)范對空調(diào)器制冷量測試的不確定度分析、計算方法進行了規(guī)范，但由于各實驗室實驗裝置結(jié)構(gòu)、工作原理和使用的儀器儀表不盡相同，各實驗室只能根據(jù)自己實驗室的實際情況，對實驗結(jié)果進行正確的不確定度評價。

2 熱平衡試驗室工作原理簡介

房間熱平衡室有兩種形式：標定型熱平衡室和平衡環(huán)境型熱平衡室。標定型熱平衡室由于隔室外圍護環(huán)境不可控，在制冷量計算時涉及到大量的漏熱標定，操作難度大且準確度差，業(yè)內(nèi)現(xiàn)在主要采用平衡環(huán)境型熱平衡室，其原理圖見圖1。

圖1 平衡環(huán)境型熱平衡室原理圖[1]

從圖1可以看出，平衡室分室內(nèi)隔室和室外隔室，隔室外有夾套。在室內(nèi)側(cè)和室外側(cè)之間的隔墻上設(shè)計裝有壓力平衡裝置，室內(nèi)外隔室和夾套均能分別控制其內(nèi)部環(huán)境的溫濕度。通過電加熱、電加濕來平衡空調(diào)器制冷量和除濕量的方法，使隔室及夾套的環(huán)境滿足標準的要求，測定用于平衡制冷量和除濕量所輸入室內(nèi)側(cè)隔室的熱量來確定被試空調(diào)器的制冷量，室外側(cè)通過用于平衡空調(diào)器冷凝器側(cè)排出熱量所需的冷水量來確定被試空調(diào)器的放熱量。滿足平衡比要求后，以室內(nèi)側(cè)制冷量測試結(jié)果作為最終結(jié)果，室外側(cè)放熱量的測試結(jié)果用以校驗室內(nèi)側(cè)的制冷量。

測試時按照標準規(guī)定的額定工況設(shè)置空調(diào)器熱平衡實驗室室內(nèi)、室外的工況，空調(diào)器以額定電壓運行至穩(wěn)定狀態(tài)后，開始讀取制冷量測試數(shù)據(jù)，采集數(shù)據(jù)分7組，每組5min，共計采集35min，然后將7組測試值進行平均，平均值作為額定制冷量的測試結(jié)果。

3 熱平衡試驗室空調(diào)器制冷量測試不確定度評價方法

3.1 建立數(shù)學(xué)模型

熱平衡室熱量傳遞的示意圖如圖2所示。

依據(jù)圖2按照工況穩(wěn)定時冷熱平衡的原則確定空調(diào)器室內(nèi)側(cè)制冷量的計算公式為：

這就是熱平衡試驗室空調(diào)器制冷量測試不確定度評價的數(shù)學(xué)模型。

公式中：φtci-總制冷量（室內(nèi)側(cè)數(shù)據(jù)），單位為W；

ΣPic-室內(nèi)側(cè)總輸入功率，單位為W；

hw1-室內(nèi)加濕器進水焓值，單位為kJ/kg；

hw2-室內(nèi)設(shè)備凝結(jié)水焓值，單位為kJ/kg；

Wr-加濕進水量，單位為kg/s；

φlp-室內(nèi)外分割庫板的漏熱，單位為W；

φli-室內(nèi)側(cè)與環(huán)境分割庫板的漏熱，單位為W。

3.2 根據(jù)數(shù)學(xué)模型確立不確定度的來源—不確定度分量

影響制冷量測量的不確定因素主要包括：

（1）功率表讀數(shù)誤差；

（2）加濕水焓值測量誤差；

（3）冷凝水焓值測量誤差；

（4）蒸發(fā)水量測量誤差；

（5）室內(nèi)外隔墻傳熱系數(shù)測量誤差；

（6）室內(nèi)外隔墻溫差測量誤差；

（7）夾套漏熱系數(shù)測量誤差；

（8）夾套與房間溫差測量誤差；

（9）確定的對測量不確定間接貢獻。

其中，（1）-（8）不確定度分量均可由儀器等級和計量證書上的數(shù)據(jù)確定，采用B類不確定度評價方法；（9）項是預(yù)先給定的不確定度的間接貢獻，ISO/ TS16491 First edition 2012-12-01規(guī)定的間接貢獻為試測制冷量的1.5%[2]。

3.3 計算各不確定度分量的大小

根據(jù)儀表的測量精度、概念分布的包含因子及靈敏系數(shù)計算出各不確定度分量大小。

3.4 合成不確定度計算

合成不確定度計算按照公式（2）計算

3.5 擴展不確定度計算

擴展不確定度按照公式（3）計算

其中k取2。

4 測量不確定度評價實例

下面以某知名企業(yè)的一套2HP的掛壁式空調(diào)器在上海出入境檢驗檢疫局機電中心的5HP熱平衡實驗室的測試結(jié)果進行制冷量不確定度分析，實驗室測試數(shù)據(jù)見表1。

表1 實驗室測試數(shù)據(jù)

測試工況：室內(nèi)側(cè)干球/濕球溫度為27/19℃，室外側(cè)干球/濕球溫度為35/24℃。

室內(nèi)機進風空氣焓值：h1=12.9kJ/kg；室內(nèi)機出風空氣焓值：h2=0.85kJ/kg；空調(diào)器內(nèi)的冷凝水量：Wt=0.02g/s。

各測量不確定度分量分析如下：

（1）ΣPic室內(nèi)側(cè)房間總輸入電量測量的標準不確定度。

測量儀器為日本恒河公司生產(chǎn)的WT230電量表，計量報告顯示其為二級測量儀表，準確度0.5%，包含因子k＝2：則ΣPic測量的標準不確定度為：

（2）hw1加濕器進水溫度測量的標準不確定度。

加濕器進水溫度的測量由鉑電阻、模數(shù)轉(zhuǎn)換器及數(shù)據(jù)采集器組成，測量加濕水流量電子秤的讀數(shù)為：0.28×10-3kg/s。查設(shè)備計量報告得加濕器進水溫度測量精度為0.1℃，焓值由溫度值確定，查水焓值表得進水焓值最大偏差為419 J/kg，不確定度分布為矩形分布，包含因子，則hw1測量的標準不確定度為：

（3）hw2加濕器出水測量的標準不確定度。

同（2）可得：

（4）Wr測量的標準不確定度。

加濕進水與冷凝水的焓差實測值為：5.45×104J/kg。加濕進水量由電子秤測得，試驗過程中電子秤測得的水流量為0.28×10-3kg/s，查計量報告得到電子秤的測量不確定度為10%，矩形分布，包含因子k＝，則Wr標準不確定度為：

（5）KSp室內(nèi)外側(cè)中間隔墻漏熱系數(shù)測量的標準不確定度。

室內(nèi)外側(cè)中間隔墻漏熱系數(shù)試驗標定結(jié)果為4.0 W/K，不確定度為20%，矩形分布，包含因子k＝，制冷量測試時室內(nèi)外側(cè)的環(huán)境溫度差為：8（35.0-27.0）K，則中間隔墻漏熱系數(shù)測量的標準不確定度為：

（6）KSi室內(nèi)側(cè)與夾套隔墻漏熱系數(shù)測量的標準不確定度。

室內(nèi)側(cè)與夾套隔墻漏熱系數(shù)試驗標定結(jié)果為20W/K，不確定度為20%，矩形分布，包含因子k＝，制冷量測試時室內(nèi)側(cè)與夾套的環(huán)境溫度差為：0.5（27.5-27.0）K，則漏熱系數(shù)測量的標準不確定度為：

（7）Toam室外側(cè)溫度測量標準不確定度。

查熱平衡室外側(cè)溫度測量計量證書得其測量不確定度為0.2 K，正態(tài)分布，包含因子k＝2，室內(nèi)外側(cè)的漏熱系數(shù)為4.0 W/K，則室外側(cè)溫度測量的標準不確定度為：

（8）Tiam室內(nèi)側(cè)溫度測量標準不確定度。

查熱平衡室內(nèi)側(cè)溫度測量計量證書得其測量不確定度為0.2 K，正態(tài)分布，包含因子k＝2，室內(nèi)與外側(cè)及加套的的漏熱系數(shù)標定值為4.0 W/K+20.0 W/K= 24.0 W/K，則室內(nèi)側(cè)溫度測量的標準不確定度為：

（9）Tiscm室內(nèi)側(cè)夾套溫度測量的標準不確定度。

查熱平衡室內(nèi)側(cè)夾套溫度測量計量證書得其測量不確定度為0.2 K，正態(tài)分布，包含因子k＝2，室內(nèi)側(cè)與夾套的漏熱系數(shù)標定值為20.0 K，則室內(nèi)側(cè)夾套溫度測量的標準不確定度為：

（10）IC間接貢獻的標準不確定度。

間接貢獻IC預(yù)設(shè)值為測試結(jié)果的3.0%，包含因子k＝2，則室內(nèi)側(cè)環(huán)境溫度測量的標準不確定度為：

此次測試結(jié)果的不確定度評價結(jié)果見表2。

表2 不確定度評價結(jié)果表

擴展不確定度：U=kuc（φtci）=80.2 W（系數(shù)k=2）

5 結(jié)論

本文通過實例，闡述了熱平衡法測試房間空氣調(diào)節(jié)器制冷量的誤差來源、不確定度的評價程序和評價方法，此評價方法同樣適用于制熱量測試。業(yè)內(nèi)試驗室可根據(jù)各自使用的試驗裝置和儀器儀表的實際情況，參考此方法對各自試驗室制冷量測試不確定度進行評價，從而滿足客戶的實際需求。

[1]GB/T7725-2004房間空氣調(diào)節(jié)器[S].

[2]TECHNICAL SPECIFICATION ISO/TS16491 First edition 2012-12-01 Guidelines for the evaluation of uncertainty of measurement in air conditioner and heat pump cooling and heating capacity tests[S].

Analysis of the Main Deviation Sources of Measuring the Cooling Capacity of Air Conditioners by Calorimeter Room Method and the Evaluation of Measurement Uncertainty

WU Junrong1，LI Min2，HUANG Shengyu3
（1.Airware（Shanghai）Special Air-Conditioner Co.，Ltd，201613；
2.Shanghai Entry-Exit Inspection and Quarantine Bureau；
3.China Quality Certification Center Shanghai Branch）

In this paper，through the room air conditioner cooling capacity test example，analysis of the deviation source of the Calorimeter room method，and the test results of the cooling capacity of the uncertainty evaluation，to provide reference for the industry counterparts.

Air Conditioners；Calorimeter Room Method；Refrigerating Capacity；Measure；Uncertainty

TM3

E-mail：59157194@qq.com

上海出入境檢驗檢疫局科研項目（HK029-2016）

2016-08-03