空气焓差法测量空调器制冷量测量不确定度的研究

李敏黄升宇黄华

（1.上海出入境检验检疫局 上海 200135；2.中国质量认证中心上海分中心）

空气焓差法测量空调器制冷量测量不确定度的研究

李敏1黄升宇2黄华1

（1.上海出入境检验检疫局 上海 200135；2.中国质量认证中心上海分中心）

通过空调器制冷量测试的实例，分析空气焓差法测量的误差来源，并对制冷量测试结果进行不确定评价，为业内同行提供参考。

空调器；空气焓差法；制冷量；测量；不确定度

1 前言

热平衡法和空气焓差法是目前业内对空调器进行制冷量测试的主要方法。热平衡法利用冷热平衡的原理，通过电热去平衡制冷量，因而测试准确度高，但测试时间长，所能测试的制冷量范围较小，主要用于房间空调器的制冷量测试。而空气焓差法是利用工程的方法，通过测量被试机风量和进出风空气焓值，经公式计算出空调器的制冷量。相对于热平衡法而言，空气焓差法测试空调器制冷量速度快且测量范围不受限制，因而使用更加普遍。

由于空气焓差法测试空调器制冷量涉及到多个测量环节，使用了大量的如压力、温度、电量等仪表，在测试过程中会产生误差积累，使得测试结果存在不确定性。因此，需要对空气焓差法测试空调器制冷量过程的误差来源进行分析，并对其测量的不确定度进行评价。虽然国际标准化组织ISO/TS 16491：2012（E）《Guidelines for the evaluation of uncertainty of measurement in air conditioner and heat pump cooling and heating capacity tests》[1]技术规范对空调器制冷量测试的不确定度分析、计算方法进行了规范，但由于各试验室装置结构、工作原理和使用的仪器仪表不尽相同，因此各试验室只能根据自己的实际情况，对测试结果进行不确定度评价。

2 空气焓差法测试试验室工作原理简介

图1是空气焓差法测试室的原理图。从图1中可以看出：焓差试验室分室内和室外间室，室内、外间室均能通过空气调节装置分别控制其内部环境；室内间室装有风量测量装置，用来测量被试空调器的风量；室内、外间室均分别装有空气取样装置，以测试空调器的进风和出风状态（焓值）。

图1 风洞式空气焓值法试验装置的原理图[2]

测试时，按照空调器测试标准规定的额定工况设置焓差试验室室内、外的工况；空调器以额定电压运行至稳定状态后，开始读取制冷量测试数据；采集数据分7组，每组5min，共计采集35min；然后将7组测试值进行平均，平均值作为额定制冷量的测试结果。

3 空气焓差法测试空调器制冷量不确定度评价方法

3.1 建立数学模型

依据空调器制冷量的测试标准：GB/T7725-2004《房间空气调节器》[2]、GB/T17758-2010《单元式空气调节机》[3]及ISO5151-2010《自由送风型空气调节器和热泵的试验和测定》[4]，制冷量计算公式为：

该计算公式就是焓差法测试空调器制冷量不确定度评价的数学模型。

公式中：φtci-总制冷量（室内侧数据）（W）；

qvi-室内机风量（m3/s）；

ha1-室内机进风空气比焓（kJ/kg）；

ha2-室内机出风空气比焓（kJ/kg）；

MV-水蒸气的摩尔质量（kJ/mol）；

δ-水蒸气的摩尔质量与干空气摩尔质量的比率；

R-理想气体常数；

T-室内机出风干球温度（℃）；

P-大气压（Pa）；

PW-出风湿球温度下的水蒸汽的分压力（Pa）。

3.2根据数学模型确立不确定度的来源——不确定度分量

影响制冷量测量的不确定因素主要包括：

（1）qvi测量的误差；

（2）ha1测量误差；

（3）ha2测量误差；

（4）T 测量误差；

（5）P 测量误差；

（6）PW测量误差；

（7）确定的对测量不确定间接贡献（IC）。

其中，（1）-（6）项不确定度分量均可由仪器等级和计量证书上的数据来确定，采用B类不确定度评价方法；（7）项是预先给定的不确定度的间接贡献，ISO/TS 16491 First edition 2012-12-01规定的IC为试测制冷量的1.5%[1]。

3.3 计算各不确定度分量的大小

根据仪表的测量精度、概念分布的包含因子及灵敏系数计算出各不确定度分量大小。

3.4 合成相对标准不确定度计算

合成不确定度计算按照公式（2）计算

3.5 扩展相对标准不确定度计算

扩展相对标准不确定度按照公式（3）计算

其中k取2。

4 测量不确定度评价实例

表1是某知名企业的一套2 HP的柜式空调器在上海出入境检验检疫局5 HP空气焓差试验室制冷量的测试结果，据此实例来进行制冷量不确定度评价分析。

表1 空调器实测数据

各测量不确定度分量分析如下。

用喷嘴法测量风量的具体方法在相关文献和标准中都有介绍，这里不再赘述。风量的计算公式为：

其中：Cd-喷嘴的流量系数；

An-喷嘴面积（m2）；

PV-喷嘴前后压差（kPa）；

Vn'-为喷嘴进口处湿空气的比容（m3/kg）。

试验测得被试机的风量为960.3 m3/h，测试设备经计量标定的风量测试精度为；4.80%，不确定度分布为正态分布，包含因子k＝2。则风量测量的相对不确定度为：

实测工况条件：空调器室内机进风干球温度为26.97℃，湿球温度为18.98℃，空气比焓为为53.62 kJ/kg。对应湿球温度0.2℃的最大测量偏差，ha1测量不确定度为0.66 kJ/kg，不确定度分布为正态分布，包含因子k＝2，则ha1测量的相对不确定度为：

实测工况条件：空调器室内机出风干球温度为14.23℃，湿球温度为13.73℃，空气比焓为38.44kJ/kg。对应湿球温度0.2℃的最大测量偏差，ha2的测量不确定度为0.50 kJ/kg，不确定度分布为正态分布，包含因子k＝2，则ha2测量的相对不确定度为：

T的测量最大偏差为0.3 K，不确定度分布为正态分布，包含因子k＝2，室内机出风开氏温度为：T=273+14.23=287.23（K），则T测量的相对不确定度：

P测量的仪表精度为1.0×105Pa×1.0%=1000Pa，不确定度分布为正态分布，包含因子k＝2，则P测量的相对不确定度为：

PW测量的仪表精度为 1300Pa×2.3%=30Pa，不确定度分布为正态分布，包含因子k＝2，则PW测量的相对不确定度为：

IC预设值为测试结果的1.5%，包含因子k＝2，则IC的相对不确定度为：

4.8 不确定度评价结果

不确定度评价结果见表2。

表2 不确定度评价结果表

根据表2，合成相对标准不确定度为：

扩展不确定度为：

5 结论

本研究通过实例，阐述了空气焓差法测试空调器制冷量的误差来源、不确定度的评价程序和评价方法，此评价方法同样适用于制热量测试。业内试验室可根据各自使用的试验装置和仪器仪表的实际情况，参考此方法对各自试验室制冷量测试不确定度进行评价，从而满足客户的实际需求。

[1]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].

[2]GB/T7725-2004房间空气调节器[S].

[3]GB/T17758-2010单元式空气调节机[S].

[4]ISO5151-2010自由送风型空气调节器和热泵的试验和测定[S].

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

LI Min1，HUANG Shengyu2， HUANG Hua1
（1.Shanghai Entry-Exit Inspection and Quarantine Bureau， Shanghai， 200135；2.China Quality Certification Center Shanghai Branch）

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

Air Conditioners；Air Enthalpy Method；Refrigerating Capacity；Measure；Uncertainty

TM5

E-mail：limin@shciq.gov.cn

上海出入境检验检疫局科研项目（HK029-2016）

2016-12-05