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        空調(diào)系統(tǒng)凝結(jié)水對空氣焓差法測試的影響分析

        2017-03-06 05:36:47程鎮(zhèn)齊淑芳
        中國設(shè)備工程 2017年2期
        關(guān)鍵詞:濕空氣差法空調(diào)器

        程鎮(zhèn),齊淑芳

        (合肥通用機(jī)械研究院,安徽 合肥 230031)

        空調(diào)系統(tǒng)凝結(jié)水對空氣焓差法測試的影響分析

        程鎮(zhèn),齊淑芳

        (合肥通用機(jī)械研究院,安徽 合肥 230031)

        本文介紹了空調(diào)系統(tǒng)性能測量中空氣焓差法的基本原理,結(jié)合空氣焓差法計算方法與空調(diào)器的實(shí)際運(yùn)行情況,分析了空氣焓差法測試過程中凝結(jié)水對空調(diào)器性能測試過程造成的具體影響。

        空調(diào)系統(tǒng);空氣焓差法;凝結(jié)水

        目前制冷行業(yè)衡量空調(diào)性能的參數(shù)主要包括制冷量、制冷消耗功率、能效比,空調(diào)性能測量方法從原理上可分為房間量熱計法、空氣焓差法、風(fēng)管熱平衡法。房間熱平衡法的測量結(jié)果最為準(zhǔn)確,但由于其測試裝置投資昂貴、結(jié)構(gòu)精密、操作復(fù)雜,很大程度上限制了使用和推廣??諝忪什罘ㄒ蚱湓O(shè)備投資少、操作簡便、相對能耗低,得到了廣泛認(rèn)可。本文針對空氣焓差法,從其基本原理出發(fā),結(jié)合空調(diào)的實(shí)際運(yùn)行情況,對性能測試過程的系統(tǒng)誤差進(jìn)行分析,探討誤差產(chǎn)生的原因和造成的不利影響,旨在對空調(diào)性能測試方法進(jìn)行優(yōu)化和修正。

        1 空氣焓差法基本原理

        空氣焓差法實(shí)際上就是通過測量室內(nèi)側(cè)空調(diào)器機(jī)組進(jìn)風(fēng)口、出風(fēng)口干濕球溫度、大氣壓力,計算出空調(diào)進(jìn)出口空氣的焓值,同時測量空調(diào)器機(jī)組的風(fēng)量,由風(fēng)量與進(jìn)出口焓值差來計算空調(diào)器的制冷或制熱量。在測量制冷量的同時,測出被測空調(diào)機(jī)組的消耗功率,從而計算出空調(diào)機(jī)組的能效比及其他參數(shù),其原理如圖1所示。

        制冷量的計算可按下式計算:

        式中:Q為空調(diào)器的制冷量;qn為空調(diào)器室內(nèi)側(cè)測量的風(fēng)量;h1為空調(diào)器室內(nèi)側(cè)進(jìn)口空氣的焓值;h2為空調(diào)器室內(nèi)側(cè)出口空氣的焓值;vn為室內(nèi)側(cè)測點(diǎn)處的空氣比容;dn為室內(nèi)側(cè)測點(diǎn)處的空氣濕度。

        2 空氣焓差法系統(tǒng)誤差分析

        由前文分析可知,空氣焓差法測量空調(diào)機(jī)組的制冷量是通過空調(diào)器進(jìn)風(fēng)與出風(fēng)空氣比焓的差值計算得出的。由于濕空氣是由干空氣和水蒸氣組成的混合物,因此濕空氣的焓值為干空氣的焓與水蒸氣的焓之和,可表達(dá)為:

        圖1 空氣焓差法測量原理圖

        式中,H為濕空氣的焓值;ma、ha分別為濕空氣中干空氣的質(zhì)量與焓值;mv、hv分別為濕空氣中水蒸氣的質(zhì)量與焓值。

        考慮到熱力過程中干空氣的含量是常量,故濕空氣的比焓是相對于單位質(zhì)量干空氣的比焓,濕空氣的比焓可表示為:

        式中,h為濕空氣的比焓;w為含濕量。

        取0℃干空氣的焓值為零,則任意溫度t的干空氣焓為:

        式中,cp,a為干空氣的定壓比熱容。

        工程中常用下述經(jīng)驗(yàn)公式來計算濕空氣的比焓:

        (5)式對于濕空氣焓值的計算,是將干空氣和水蒸氣的定壓比熱都近似為常數(shù),即干空氣的定壓比熱為1.005kJ/(kg·K),水蒸氣的定壓比熱為1.86 kJ/(kg·K),0℃時水的汽化潛熱為2501kJ/kg。(5)式中第一部分物理意義表示為1kg干空氣從溫度t冷卻到0℃所釋放的熱量;第二部分表示wkg的水蒸氣從溫度t冷卻到0℃所釋放的熱量與0℃的水蒸汽凝結(jié)為0℃的水所釋放的熱量之和。干空氣在0℃的比焓為零,而水蒸氣焓值的零點(diǎn)定為0℃的水,即0℃水的比焓為零。

        若將濕空氣中干空氣和水蒸氣的定壓比熱看成是溫度的函數(shù),同時假設(shè)試驗(yàn)時房間空調(diào)器室內(nèi)側(cè)進(jìn)口干球溫度為t1,含濕量為w1,出口干球溫度為t2,含濕量為w2,則空調(diào)器進(jìn)出口空氣的焓值可表示為:

        式中,h1、h2分別為空調(diào)器進(jìn)出口濕空氣的焓值;cp,a( t )、cp,w( t)分別指干空氣和水蒸氣的定壓比熱;r0為水在0℃時的汽化潛熱。

        濕空氣從溫度t1降到溫度t2時的去濕量Δw =w1-w2,根據(jù)以上分析,空調(diào)器的制冷量Q可表示為:

        經(jīng)簡化可得:

        上式所述的制冷量包括空調(diào)器的顯熱制冷量和潛熱制冷量兩部分,顯熱制冷量表明含濕量為w1的濕空氣從溫度t1降到溫度t2所釋放出的能量,因此顯熱量Qs可表示為:

        另一部分潛熱制冷量等效于去濕量為Δw的水蒸氣在溫度t2所包含的全部能量,因此空調(diào)器的潛熱制冷量QL可表示為:

        式(11)所述的是去濕量為Δw的水蒸氣在溫度t2時的焓值。

        水蒸氣從溫度t2冷卻到0℃釋放出的熱量為,0℃的水蒸氣凝結(jié)成0℃的飽和水釋放的潛熱為Δw·r0,按照公式(10)的算法,排出的冷凝水中能量為0,隱含了排出水溫度為0℃的假定。然而在空調(diào)實(shí)際運(yùn)行中,排出的凝結(jié)水大多為15℃左右,而非0℃,因此用空氣焓差法來計算空調(diào)器的制冷量存在一定的誤差。

        假定排出的冷凝水溫度為t2,此時排出的水中還包含有殘余的能量未被熱交換器所吸收掉,不妨將這部分未吸收的熱量稱為“能量殘余”。將式(11)所表示的能量釋放路線進(jìn)行變換:設(shè)溫度為t2的水蒸氣先冷凝為溫度t2的水,然后溫度t2的水再冷卻到0℃。如前所述,這兩條路線釋放的能量是相同的,這樣(11)式就變?yōu)椋?/p>

        如果排出的冷凝水溫度為t2,則這部分能量殘留在冷凝水中并隨冷凝水一起排掉,于是空調(diào)器的潛熱制冷量只剩下,比(11)式要小。在《房間空調(diào)器標(biāo)準(zhǔn)GB/T 7725-2004》中用空氣焓差法計算全熱制冷量時,并未對殘留在冷凝水中的能量進(jìn)行考慮,也就是說,從能量平衡的角度來看,在房間空調(diào)器標(biāo)準(zhǔn)中的焓差法計算式中,制冷量被放大了,放大量約為去濕量Δw的冷凝水從大約15℃降到0℃所需的制冷量,假設(shè)Δw所對應(yīng)的去濕量為1kg/h,則這一部分制冷量大約為18W。

        從濕空氣的角度來考慮,冷凝水中所殘留的能量隨著冷凝水的排放而減除,從而也就不必考慮其中還存在多少能量殘余。因此,使用濕空氣焓差法來表征空調(diào)器的制冷量在用戶體驗(yàn)效果上,與將冷凝水冷卻到0℃后排放是等效的。但若從空調(diào)器本身的功耗效率上來看,空氣焓差法實(shí)際上是將其放大了,而且放大量會隨著空調(diào)器出口溫度的提高而增加。

        3 結(jié)語

        本文從空氣焓差法的基本原理出發(fā),通過對空調(diào)器進(jìn)出口空氣焓值計算,結(jié)合實(shí)際運(yùn)行情況,得出了以下結(jié)論。

        (1)空氣焓差法測量空調(diào)系統(tǒng)制冷量在原理上存在一定的誤差,沒有考慮空調(diào)系統(tǒng)所排出凝結(jié)水的能量。

        (2)由于空調(diào)系統(tǒng)所排出的凝結(jié)水量所占空調(diào)器的制冷量比例很小,故用空氣焓差法來測量空調(diào)器的制冷量是可行的。

        (3)空氣焓差法計算空調(diào)器本身的功耗效率會大于真實(shí)效率,放大量隨著空調(diào)器出口溫度的提高而增加。

        [1]GB/T 7725-2004房間空氣調(diào)節(jié)器[S].北京:中國標(biāo)準(zhǔn)出版社,2004.

        TU831.3

        A

        1671-0711(2017)01(下)-0076-02

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