空调制冷原理论文焓差法空调制冷量测量不确定度分析.pdf

低温与超导 第 38卷 第 8期 制冷技术 Refrigeration Cryo 空调 制冷量 不确定度 Uncertainty of air conditioners cooling capacity measured by enthalpym ethod He Shu ChenW e i Chen Rong LiuHong Shanghai Institute ofQuality Inspection andTechnicalResearch NationalQuality Inspection Center ofElectricAppliance Energy Efficiency qmi是空调 器室内测点的风量 m 3 s h 1和 h 2分别为空调器 室内侧回风和送风空气焓值 干空气 J kg V n 是测点处湿空气比容 m 3 kg Wn为测点处空气 湿度 kg kg 干 焓差法空调测试系统具有工况稳定快 试验 室使用效率高等特点 焓差台还能进行非稳态制 热能力的测量 因而可进行房间空调季节耗电量 的测量 利用焓差台还可进行单独换热器性能试 验和进行低温试验 因此 焓差台广泛地用于空 调器生产厂家流水线性能测试 检测单位进行空 调性能测试 汽车空调换热器测试等场合 上海市质量监督检验技术研究院的空调测试 系统是根据 GB T 7725 1 设计建造的风洞式空气 焓值法测试系统 本文将按照文献 2 中的方法 对这一测试系统的不确定度进行详细分析 并提 出了减小焓差法空调测试系统不确定度的途径 焓差法测量空调制冷量的系统较为复杂 影 响测试结果不确定度的因素很多 从系统误差 传 播误差和读数误差各方面分析 主要的不确定度 来源有以下几个方面 1 人为操作带来的误差 其中包括被测空 调器的安装 室内外侧空气取样装置的摆放 风管 的安装和密封 干湿球温度传感器的放置和湿球 纱布的放置等 人为操作带来的不确定度分量通过多次独立 的试验来确定 每次独立的试验包括重新安装被 测空调器 风管的安装 空气取样装置的摆放和干 湿球温度测量装置的放置 2 控制器精度带来的误差 调节器控制精 度会对室内外侧温度 湿度造成波动 静压调零也 会对被测空调器出风量造成波动 加上被测空调 器自身的性能波动和数据采集系统的读数误差 体现出来的就是被测空调器制冷量数值的波动现 象 上述因素造成的不确定度分量属于 A 类分 量 可通过多次取样 即空调器运行稳定 各项数 据无明显上升或下降趋势后 对测试数据进行记 录 每 5分钟记录一次 共记 7组 共计 35分钟 对这 7组数据进行计算 可确定上述因素对制冷 量测试结果造成的不确定度分量 3 基本量测量的不确定度 喷嘴前风温 室外侧环境干湿球 室内侧吸入干湿球 室内侧吐 出干湿球温度 喷嘴压差和喷嘴直径的测量都属 于基本量的测量 它们的测量准确性将影响风量 和焓值的测量准确性 从而影响制冷量的测量准 确性 这些基本量测量的不确定度通过计算公式 传播造成的制冷量不确定度分量 下文也有详细 阐述和计算过程 4 制冷剂灌注量 制冷剂灌注量的多少对 整个实验的不确定度也有很大影响 本实验中 灌注 1 170g 10g R22制冷剂 实际灌注量可控 制在 1 170g 5g 由于时间关系 制冷剂灌注仅 第一次试验前进行 后两次试验没有重新灌注 试验机连接管的安装可靠 试验前抽真空和试验 后回收冷媒都比较彻底 因此在下文的不确定度 分析中 不考虑制冷剂灌注量误差和试验中微量 泄漏对制冷量的影响 3 基本量测量的不确定度分析 在空气焓值法测试系统中 直接测量的基本 量主要是温度 压力 风洞喷嘴直径和功率 这些 基本量的准确程度将直接影响最终空调器性能指 标测试结果 对基本量的不确定度有两类评定方法 即 A 类评定 用统计方法的不确定度估计 通常根 据重复读数 和 B类评定 根据任何其他信息 的不确定度估计 这信息可能来自过去的测量经 验 来自校准证书 来自生产厂的技术说明书 来 自计算 来自出版物的信息 根据常识等等 所有有贡献的不确定度 都以相同的置信概 率并将它们换算成标准不确定度来表示 对 A类评定计算标准不确定度 对待测参数 x 当取了一组若干个重复读数 对该组值可计算 出平均值 x 以及估计的标准偏差 s x 据此 对平均值的估计的标准不确定度 u按下式计算 uA x s x n 2 其中 s x n i 1 x x 2 n 1 3 式中 n是该组值的测量次数 自由度 vA x n 1 对 B类评定计算标准不确定度 1 数据采集仪器对测量不确定度的影响 按说明书 仪器产生的最大允差为 c 均匀分布 其可信度为 100 则仪器产生的不确定度分量 为 u1 x c 2 4 自由度 v1 x 2 传感器对测量不确定度的影响 传感器 最大误差为 y 正态分布 可信度为 80 不确定 度为 20 则其产生的不确定度分量为 u2 x y 2 58 5 自由度 v2 x 1 2 试验系统波动带来的不确 定度分量 记作 u2 基本量测量不确定度通过计 算公式传播带来的不确定度分量 记作 u3 三次独立试验的制冷量测试结果分别为 2 621 1 W 2 626 8 W 2 631 3 W 平均值为 2 626 4 W 则根据式 2 求得 u1 3 0W 对于该次单独试验 记录的 7组试验结果如 表 3所示 制冷量平均值 2 626 80 W 则按照 式 2 可求得 u2 1 4 W 不确定度分量 u3根据前文对基本量测量不 确定度传播造成制冷量不确定度分量的推导公式 表 3 7次独立测量所得制冷量 Tab 3 Cooling capacity of 7 separatedmeasures 次数No 1No 2No 3No 4No 5No 6No 7 制冷量 W2 620 672 629 222 623 762 624 652 625 242 631 442 632 61 表 4 不确定度参量列表 Tab 4 L ist of uncertainty parameters 标准不确 定度分量 影响 因素 不确 定度 引起制冷量 不确定度分量 uqm i 风量1 98m3 h10 8 W uha1 吸入焓值0 118kJ kg18 7 W uha2 吐出焓值0 102kJ kg16 2 W uVn1 湿空气比容3 7E 05 m3 kg0 1W uWn 含湿量0 00012kg kg0 4W 计算 得 u3 27 0 W 其中 风量 吸入焓值 吐出 焓值 湿空气比容和含湿量的不确定度和由其引 起的制冷量的不确定度分量如表 4所示 至此 制冷量测量结果的合成标准不确定度 按式 6 可得 u u 2 1 u 2 2 u 2 3 27 2 W 扩展 不确定度 U ku 2 29 9 54 4 W 制冷量测量结果可表示为 2626 8 W U 54 4 W k 2 置信区间为 95 制冷量测量不确定度列表如下 表 5 制冷量测量不确定度分析总表 Tab 5 Results and para meters in fluent analysis 标准不确定度分量不 确 定 度 来 源类型不确定度分量 人为操作带来的误差A3 0 W u2 室内外侧温度 湿度波动 静压调零对被测空调器出风量造成的波动 数据采集系统的读数误差 A1 4 W u3 喷嘴前风温 室外侧环境干湿球 室内侧吸 大气压力 喷嘴压差的测量误差 喷嘴直径的测量误差 B27 0 W 合成标准不确定度 u 27 2W 扩展不确定度 U 54 4W k 2 置信区间为 95 从表 4和表 5可以看出 影响焓差法空调制 冷量测量不确定度的主要因素是由于风量和吸入 焓及吐出焓值引起的 B类不确定度 而这些参数 下转第 72页 55 第 8期 制冷技术 Refrigeration 5 结论 本文根据郑州市某一工程建立了太阳能 土 壤源热泵系统仿真模型 在冬季供暖工况下 对系 统的运行模式进行了研究 对运行模式 I和运行 模式 II进行了仿真模拟计算 结果如图 3 8所 示 系统在运行模式 I下 热泵机组的平均制热 性能系数 COPh值为 3 7 地下埋管吸热总量为 10 120k W h 系统在运行模式 II下 热泵机组 的平均制热性能系数 COPh值为 2 88 地下埋管 吸热总量为 11 400k W h 结果显示系统在运行 模式 I下的 COPh值及太阳能集热器的集热量均 高于其在运行模式 II下的集热量 但是运行模式 II控制简单且运行稳定 且建筑物夜间热负荷较 大 当蓄热水箱静态集热后 与地下埋管联合运行 可以较好地满足夜间系统运行要求 因此宜针对 工程的具体情况进行系统设计 参考文献 1 Phetteplace G Sullivan W Perfor mance of a hybrid GCHP syste m J ASHRAE transactions 1998 104 1 763 770 2 Kavanaugh S P A design method for hybrid ground source heat pumps J ASHRAE transactions 1998 104 2 691 698 3 Yavuzturk C Spitler JD Comparative study of operat ing and control strateg ies for hybrid ground source heat pump systems using a short ti me step si mulation mode J ASHRAE Transactions 2000 106 2 192 209 4 Chiasson A D Spitler JD Rees S J et a l A model for si mulating the perfor mance of a shallow pond as a sup plemental heat rejecter w ith closed loop ground source heat pump systems J ASHRAE Transactions 2000 106 2 107 121 5 何梓年 蒋富林 等 热管式真空管集热器的热性能 研究 J 太阳能学报 1994 15 1 73 82 6 Kavanaugh S P Si mulation and experi mentalverification ground coupled heat pump systems D Oklahoma O klahoma StateUniversity 1985 7 DOE Energyplus Documentation M Version2 2 W ashington DC Depart ment ofEnergy 2008 8 杨卫波 董华 周恩泽 等 太阳能 土壤源热泵系统 联合运行模式的研究 J 流体机械 2004 32 2 41 49 上接第 55页 又是由于喷嘴前风温 室外侧环境干湿球 室内侧 吸入干湿球 室内侧吐出干湿球温度测量误差 大气 压力 喷嘴压差的测量误差以及喷嘴直径的测量误 差所带来的 因此提高这些参数测量的精度对提高 焓差法空调制冷量测量的准确度就显得尤为重要 6 小结 测量不确定度的评定是焓差法空调测试中一 项非常重要的内容 它定量反映测量结果正确性 的可疑程度 测量不确定度分析从人员 设备 测 试与计算方法 涉及到的各个环节以及相关软件 五个方面找出误差源 列出与误差源可能相关的 七个指标 分别将误差源对应相关指标转化为不 确定度分量 最后计算扩展不确定度 从计算结 果来看 影响焓差法空调制冷量测量不确定度的 主要因素是由于风量和吸入焓及吐出焓值引起的 B类不确定度 因此 要提高焓差法空调制冷量 测量的不确定度 就必须提高与这三个参数相关 的喷嘴前风温 室外侧环境干湿球 室内侧吸入干 湿球 室内侧吐出干湿球温度测量误差 大气压 力 喷嘴压差