空调系统凝结水对空气焓差法测试的影响分析

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空调系统凝结水对空气焓差法测试的影响分析

程镇，齐淑芳

(合肥通用机械研究院，安徽合肥230031 )

摘要：本文介绍了空调系统性能测量中空气焓差法的基本原理，结合空气焓差法计算方法与空调器的实际运行情况，分析了空气焓差法测试过程中凝结水对空调器性能测试过程造成的具体影响。

关键词：空调系统；空气焓差法；凝结水

中图分类号：TU831.3 文献标识码：A文章编号：1671-0711 (2017) 01 (下）-0076-02

目前制冷行业衡量空调性能的参数主要包括制

冷量、制冷消耗功率、能效比，空调性能测量方法

从原理上可分为房间量热计法、空气焓差法、风管

热平衡法。房间热平衡法的测量结果最为准确，但

由于其测试装置投资昂贵、结构精密、操作复杂，

很大程度上限制了使用和推广。空气焓差法因其设

备投资少、操作简便、相对能耗低，得到了广泛认可。

本文针对空气焓差法，从其基本原理出发，结合空

调的实际运行情况，对性能测试过程的系统误差进

行分析，探讨误差产生的原因和造成的不利影响，

旨在对空调性能测试方法进行优化和修正。

1空气焓差法基本原理

空气焓差法实际上就是通过测量室内侧空调器 机组进风口、出风口干湿球温度、大气压力，计算 出空调进出口空气的焓值，同时测量空调器机组的 风量，由风量与进出口焓值差来计算空调器的制冷 或制热量。在测量制冷量的同时，测出被测空调机 组的消耗功率，从而计算出空调机组的能效比及其 他参数，其原理如图1所示。

制冷量的计算可按下式计算：

v…(l+ r f…)⑴式中：2为空调器的制冷量为空调器室内侧测量的风量；^为空调器室内侧进口空气的焓值；~为空调器室内侧出口空气的焓值；v…为室内侧测 点处的空气比容；^为室内侧测点处的空气湿度。

2空气焓差法系统误差分析

由前文分析可知，空气焓差法测量空调机组的 制冷量是通过空调器进风与出风空气比焓的差值计 算得出的。由于湿空气是由干空气和水蒸气组成的 混合物，因此湿空气的焓值为干空气的焓与水蒸气的焓之和，可表达为：

H = m a h…+mv K(2)

式中，为湿空气的烚值；％、&分别为湿空 气中干空气的质量与焓值；A、乂分别为湿空气中 水蒸气的质量与焓值。

考虑到热力过程中干空气的含量是常量，故湿 空气的比焓是相对于单位质量干空气的比焓，湿空 气的比焓可表示为：

h= —= ha+whv(3)式中，为湿空气的比焓；w为含湿量。

取0尤干空气的焓值为零，则任意温度 <的干空 气焓为：

K=cpJ(4)

式中，为干空气的定压比热容。

工程中常用下述经验公式来计算湿空气的比焓：i=1.005t+w (2501 + 1.86t)(5 )

(5)式对于湿空气焓值的计算，是将干空气和 7JC蒸气的定压比热都近似为常数，即干空气的定压 比热为1.005kJ/(kg •K),水蒸气的定压比热为1.86 kj/(kg•K)，0尤时水的汽化潜热为2501kJ/kg〇(5 )式中第一部分物理意义表示为l k g干空气从温度f冷

76中国设备工程2017.0K下

）

备C^l Engineering 工程

却到〇尤所释放的热量；第二部分表示w k g的水蒸 气从温度f冷却到〇尤所释放的热量与0尤的水蒸汽 凝结为0尤的水所释放的热量之和。干空气在0尤的 比焓为零，而水蒸气焓值的零点定为〇尤的水，即 o c水的比焓为零。

若将湿空气中干空气和水蒸气的定压比热看成 是温度的函数，同时假设试验时房间空调器室内侧 进口干球温度为6，含湿量为叫，出口干球温度为 〖2,含湿量为〜2，则空调器进出口空气的烚值可表 示为：

K=£cPta(t)d t+W l J〇(l cpw{t)d t+Wlr0(6)

K = j0,2cp,a(f)dt + w2 j0,2W* + w2^〇(7)

式中，h i、h2分别为空调器进出口湿空气的焓

值；k W、分别指干空气和水蒸气的定压比 热；？•。为水在〇尤时的汽化潜热。

湿空气从温度^降到温度^时的去湿量Avv= Wl-w2,根据以上分析，空调器的制冷量0可 表7K为：

Q= hl-h^^c^d t+ w^c^d t+ Aw^c^d t + Aw-r0(8)经简化可得：

Q= j l[c p,a(0 + w(〇]rff+ Aw[J〇(2cpw(t)dt+r0]

(9)

上式所述的制冷量包括空调器的显热制冷量和

潜热制冷量两部分，显热制冷量表明含湿量为叫的

湿空气从温度^降到温度G所释放出的能量，因此 显热量f is可表7K为：

Qs =|,'[cp,a(0+w icP,wW^ (i〇)

另一部分潜热制冷量等效于去湿量为A w的水蒸

气在温度所包含的全部能量，因此空调器的潜热 制冷量a可表示为：

QL=AMl^cp J t)g +r0](11)

式（11)所述的是去湿量为A w的水蒸气在温度

^时的焓值。

水蒸气从温度f2冷却到〇尤释放出的热量为A w f c j O t f,0尤的水蒸气凝结成0尤的饱和水释

放的潜热为，按照公式（1〇)的算法，排出的 冷凝水中能量为〇,隐含了排出水温度为〇尤的假定。然而在空调实际运行中，排出的凝结水大多为15T 左右，而非〇尤，因此用空气焓差法来计算空调器 的制冷量存在一定的误差。

假定排出的冷凝水温度为(2,此时排出的水中 还包含有残余的能量未被热交换器所吸收掉，不妨将这部分未吸收的热量称为“能量残余”。将式 (11)所表示的能量释放路线进行变换：设温度为~

的水蒸气先冷凝为温度~的水，然后温度^的水再

冷却到0尤。如前所述，这两条路线释放的能量是

相同的，这样(11)式就变为：

Q l =AwJ〇(2Cp,c(.{)d t+Aw•r,2( 12)

式中，&表示水在Q温度时的汽化潜热；

为冷凝水的定压比热。

如果排出的冷凝水温度为h，则A w£2^(〇&这

部分能量残留在冷凝水中并随冷凝水一起排掉，于

是空调器的潜热制冷量只剩下A w^2，比(11)式要

小。在《房间空调器标准G B/T 7725-2004》中用

空气焓差法计算全热制冷量时，并未对残留在冷凝

水中的能量进行考虑，也就是说，从能量平衡的角

度来看，在房间空调器标准中的焓差法计算式中，

制冷量被放大了，放大量约为去湿量A w的冷凝水从

大约15尤降到0C所需的制冷量，假设A w所对应的

去湿量为lkg/h,则这一■部分制冷量大约为18W。

从湿空气的角度来考虑，冷凝水中所残留的能

量随着冷凝水的排放而减除，从而也就不必考虑其

中还存在多少能量残余。因此，使用湿空气焓差法

来表征空调器的制冷量在用户体验效果上，与将冷

凝水冷却到0^后排放是等效的。但若从空调器本

身的功耗效率上来看，空气焓差法实际上是将其放

大了，而且放大量会随着空调器出口温度的提高而

增加。

3结语

本文从空气焓差法的基本原理出发，通过对空

调器进出口空气焓值计算，结合实际运行情况，得

出了以下结论。

(1)空气焓差法测量空调系统制冷量在原理上 存在一定的误差，没有考虑空调系统所排出凝结水

的能量。

(2)由于空调系统所排出的凝结水量所占空调 器的制冷量比例很小，故用空气焓差法来测量空调

器的制冷量是可行的。

(3)空气焓差法计算空调器本身的功耗效率会 大于真实效率，放大量随着空调器出口温度的提高

而增加。

参考文献：

[1]GB/T7725_2〇04房间空气调节器[S].北京：中国标准出版社,

2004.

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