风机盘管换热量风侧焓差法计量方法

专利名称：风机盘管换热量风侧焓差法计量方法
技术领域：
本发明涉及一种用于风机盘管空调系统的换热量计量方法，主要是一种风机盘管换热量风侧焓差法计量方法。
背景技术：
近年来，随着供热计量技术的发展，集中空调系统的换热量计量问题也开始受到关注。现有文献对集中空调系统换热量计量的方法和研究都有不同的介绍，例如有采用和北方供热计量方法原理相同的热量表法，还有从热量表原理发展而来的水侧双温流量计法，以及工程中应用较多的针对风机盘管空调系统的计时法等等。下面首先对近年来出现的热量表法等六种换热量计量的方法进行介绍。
(1)热量表法集中空调系统的换热量计量最开始采用与采暖系统供热计量相同的方法，即热量表法。热量表的工作原理是由热源提供的热水以一定的较高温度流入热交换系统(散热器、换热器等)，以较低的温度流出，在此过程中，通过热量交换向用户提供热量。在一定时间内，用户获得的热量可由下列方程计算Qb=∫Kρc×(ts-tr)×dV‾---(1)]]>其中，Qb是热交换系统输出的热量，KW；Kρc是热水比重和比热的修正系数；ts和tr分别是供、回水温度，℃；V是一定时间内流经热量表的热水流量，m3/h。热量表的构造是由一个热水流量计、一对温度传感器和一个积算仪所组成。
(2)计时法这种方法使用采样器获取空调设备末端电动二通阀两端的电压信号，并将信号传至收费仪，收费仪通过轮循检测各采样点的信号，将各用户的电动阀开通的时间累计起来，并将数据传送至电脑，从而获得用户使用空调冷冻水的时间。同时，采样器还获取用户末端设备风量的相应档位信号，也传至收费仪储存，收费仪再和计费电脑通讯，进行数据库管理，并且把该风量档位的额定制换热量作为用户实际的用换热量，这样就可以根据用户的用换热量以及累计时间，确定用户的实际用冷。
(3)双温流量计法双温流量计法的测量原理即是在水管路上安装一台流量计和两个温度传感器，通过测量通过末端设备的流量和供回水温度，并根据热力学公式ΣQs=∫tm1tm2W·c·(tr-ts)dt---(2)]]>计算得到用户从空调系统中获得的换热量。其中，Qs为制换热量，KJ；W为通过用户末端设备的水量，kg/s；c为水的比热，kJ/kg℃；tr、ts分别为冷冻水的回水温度和供水温度，℃；tm为累计时间，s。
(4)谐波反应法计量法中南大学的胡益雄等提出这种方法，是从空调建筑冷负荷计算的基本原理入手，采用谐波反应冷负荷计算法对用户各个用冷时刻的冷负荷进行理论计算，再根据用冷时间得到用户总的用换热量。具体办法是在每个空调房间的适当位置安装一个高灵敏度的温度传感器，对室温进行实时监测，在大楼的四面外墙的适当位置各安装1个电子辐射计和1个温度传感器，分别测量各时刻的太阳照度以及室外空气温度，并将这些监测值送至中央处理机进行处理。同时还要根据各单元的末端设备开启信号判别用户是否在用冷，如果判定用户在用冷，就将用户用冷的时间段记录下来。每天停止供冷后，首先由当天的室外空气温度值和太阳辐射照度值得到当天的温度波函数(包括室外空气温度波、各朝向室外空气综合温度波)和太阳辐射照度波函数，然后利用谐波反应系数法计算出单元房间当天各个时刻的冷负荷，最后，根据用户的用冷时间段统计出用户当天的用换热量。
(5)标准工况换热量修正法在集中空调系统的总进水管的始端和总出水管的终端分别各安装一个温度传感器，并在总管上安装流量计，这两个温度传感器和流量计的输出端分别和电脑连接，电脑以特定的时间间隔采样供回水温差和水流量计算整个系统在此段时间间隔的实际总制换热量Qz。同时在系统末端的每一台风机盘管处探测风量档位信号及在回风口安装温度传感器，也输出到电脑，电脑根据回风温度确定风机盘管在不同回风温度时的换热量修正系数Cj，根据风量档位信号确定风机盘管的标准工况制换热量Qi(Cj和Qi都预先输入电脑)，并把它们相加计算得出整个系统的标准工况总制换热量Qbz；电脑再根据回风的温度信号，选用相应的系数Cj，按式Qi′=Cj·(QzQbz)·Qi---(3)]]>计算出风机盘管在该时间间隔里的实际制换热量Qi’，进而电脑对时间进行累积得到每台风机盘管的用换热量。
(6)风侧经验公式计量法清华大学的江亿老师从风机盘管稳态传热的角度入手而得到一种风侧换热量计量的方法。这种方法是通过分析风机盘管表冷器的传热，得出影响风机盘管制换热量Q的因素有风机盘管的结构特性系数C、进水温度tw1、水流量W、回风的温度t1及相对湿度φ和盘管风量G共6个变量，并且得出下面的关系式Q＝f(C，t1，φ，tw1，G，W) (4)通过实验研究制换热量Q和上述6个变量的关系后知道，在一定的结构形式下，某些变量，如水流量W和风量G对换热量的影响在一定的范围内是不显著的。同时假定进水温度tw1和水流量W两个变量可以在制冷机房得到很好的控制，因此，这两个参数也是可以作为初始设定值给定的，于是，风机盘管的制换热量可以进一步简化为下式Q＝f(t1，φ，G) (5)于是换热量的计量可以简单的用回风的温、湿度和风量计算得到，而前两个参数的测量是很容易实现的，风量也可以通过监测三速开关的状态得到。这种方法适合于定冷冻水流量的风机盘管集中空调系统的换热量计量，在这种情况下，其计量误差可控制在15％以内，一般可满足现场的换热量计量要求。

发明内容
本发明的目的在于克服上述不足而提供一种相对低成本、高性能、计量公平、相对准确、易于安装的集中空调系统的风机盘管换热量风侧焓差法计量方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案。本专利提供了通过测量风机盘管进出风两侧的温度和湿度获得进出风的焓值差，在试验基础上通过测量电机功率获得风机盘管的瞬间风量，从而得出风机盘管瞬间换热量的大小(即热功率)瞬间换热量＝进出风焓差×瞬间风量×进出风平均密度。本发明所述的这种风机盘管换热量风侧焓差法计量方法，其步骤如下1)、测量进出口空气的干球温度和相对湿度；2)、由测得的进出口空气的干球温度和相对湿度计算出进出空气的焓值h1、h2；3)、测量功率来得到风量，计算公式如下G＝a·N+b (11)，其中，N为盘管的耗电功率，a、b为拟合系数；4)、通过风机盘管电机功率换算得出风机盘管的瞬间风量的方法，风侧换热量的计算公式为Q＝G(h1-h2)(10)其中，风量G、进出空气的焓值h1、h2。
这种风机盘管换热量风侧焓差法计量方法，还可以通过测量电机转速获得风机盘管的瞬间风量，其步骤如下1)、测量风机转速来得到风量，计算公式如下G＝∑Gi＝∑(mi·vi+ni)(11-1)或 G＝∑Gi＝∑(m·Vi+n) (11-2)
或G＝∑Gi＝∑(m·V+n)(11-3)其中，i(1，单个盘管的风机数目)；Gi为盘管第i个风机送出的风量；Vi为盘管第i个风机转速，V＝∑Vi/风机数目；mi、ni为盘管第i个风机的拟合系数，m、n为该盘管风机的平均拟合系数。
2)、通过风机盘管电机功率换算得出风机盘管的瞬间风量的方法，风侧换热量的计算公式为Q＝G(h1-h2) (10)其中，风量G、进出空气的焓值h1、h2。
当然，和测点位置情况一样，这个问题也需要通过实验研究来解决，公式中的两个系数也需要通过实验实测的结果用回归方法得到。
测速原理如下在风机叶轮两侧安装的一只由发光二极管及光敏三极管组成的槽型光电开关架，当风机叶轮上的小孔与发光二极管的光线不在一条直线上时，发光二极管的光线不能射到光敏管的窗口，光敏三极管就输出一个高电平，当风机叶轮上的小孔与发光二极管的光线在一条直线上时，发光二极管的光线射到光敏管的窗口，光敏管就输出一个低电平，风机叶轮每转一圈就可得到1个脉冲，因此，每秒钟检测到的脉冲数乘以60恰好等于风机叶轮每分钟的转速值。
本发明与现有技术相比所具有的优点或积极效果以上介绍的六种换热量计量方法各有特点。比如热量表法和双温流量计法，其好处是准确度高，适用于分户计量或分层计量的系统，如住宅建筑，这些建筑最大的好处是集中空调系统按户分配支管路，有条件安装热量表；但是对于大多数公共建筑而言，空调水系统无法按用户分开，热量表计量的方法由于受空调水系统的限制则无能为力，同时价格太高，且安装复杂，维护困难，应用时还要受到投资限制。这种方法的缺点是流量计价格较高，并且这种计量方法仅适用于一些新建工程的换热量计量，如果对现有工程的改造而言，加装流量计则对已有水系统管路破坏较大，可行性不高。
计时法的优点是简单方便，初投资少，在风机盘管集中空调系统中易于实现；但是由于它直接采用空调末端设备铭牌上的额定制换热量作为用户的实际供换热量，计量准确度较低，误差较大，不利于空调的合理收费。国外学者Martha曾经对风机盘管使用时的制换热量和进风、出风、进出水、风量等关系分别进行了详细的实验研究，得出不能采用简单的模型对风机盘管的制换热量进行计算的结论，否则容易引起较大偏差。
谐波反应法根据实测的情况来看，这种方法的计量精度要高于计时法，而且初投资比双温流量计法低。但是这种计量方法必须了解每个房间单元的室内热源情况及围护结构热物性的详细资料，当室内热源变化大或者开关机频率高的情况下可能引起较大的计量误差。
标准工况换热量计量法虽然简单方便，较易实现，但是不足之处在于一是风机盘管的制换热量不是只和回风温度有关系，二是 并没有严格的理论上的直接关系，而且 也不能反映部分负荷的真实情况。
风侧经验公式计量法的初投资低，监控参数少，能够很好的和温控器结合使用，而且不需破坏水系统，工程安装简单，尤其适合现有风机盘管空调系统的换热量计费改造。其不足之处在于，对于变冷冻水流量系统，由于没有直接监测盘管时刻变化的水量，势必产生较大的计量误差，并且得出的计量公式和产品的性能有很大关系，不同厂家的产品可能得到的公式会有所差异。而且随着使用时间的加长，公式的准确性也值得怀疑。
在实际应用中，也有将几种方法结合起来使用的情况。例如将热量表法和计时法结合起来，用热量表法进行分层计量，再在每层的用户末端用计时法计量末端用换热量，作为按照楼层用换热量进行分摊的基础。这样做结合了两种计量方法的优点，既避免了全部使用热量表投资大、安装复杂，又可以从一定程度上减小计时法误差大的缺点。
主要对风机盘管换热量风侧焓差法计量方法和水侧换热量计量方法进行比较，以更清晰的体现风侧焓差法的特点。
(1)水侧方法安装复杂，风侧方法安装简单水侧计量方法要在水管管路上加装流量计，还要安装一对温度传感器，而在水管路上安装流量计和温度传感器施工比较复杂。而风侧方法对原有空调系统没有任何影响，并且安装温度和相对湿度传感器对空气状态进行测量也相当方便。
(2)水侧方法维修困难，风侧方法维修方便因为流量计工作原理复杂，维修起来特别困难，而风侧焓差法的空气流量是转化到电参数测量，因此风侧焓差法就少了这个环节。并且风侧焓差法计量方法的平时维修对空调系统的运行没有任何影响，而水侧方法的维修则必须停止空调系统的运行才能进行，非常麻烦。
(3)风侧计量方法精度较水侧方法低水侧换热量计量方法的原理和热量表的原理基本相同。如果按照这些规定来看的话，水侧换热量计量装置的计量精度也在5％～15％以内(计量装置的精度由所采用测量传感器的精度决定)。而对于风侧焓差法计量方法来讲，由于测量参数较水侧方法多，计算涉及到相对复杂的湿空气状态计算，加上风量这个主要的参量要转化为电参数测量，并且测量准确性还有待于通过实验研究确定，这些都有可能导致风侧焓差法的精度没有水侧方法的精度高。
(4)水侧方法投资高，风侧方法投资低水侧换热量计量方法由于采用流量计，因此投资高，因为流量计的价格通常在千元以上(进口的更贵)。单是流量计的价格已经和风机盘管的价格相当，而这样的价格用户显然不能接受，这也是水侧计量方法不易推广应用的主要原因。笔者2003年12月对西门子、丹佛斯、唐山汇中、北京德宝、佛山爱科等10余家国内外公司的产品价格进行了市场调查，对于DN20口径的热量表，进口产品报价在2000～3500元，国产产品报价在1200～2000元。但是对于风侧焓差法来讲，产品成本仅由温湿度传感器、电参数测量装置、积算仪以及相应的电路板等组成，经过杭州家和智能控制有限公司的投资分析，产品成本很低，比起水侧方法而言有明显的优势。
通过上面的比较可以看出，风机盘管换热量风侧焓差法计量方法和水侧计量方法各有特点，这也导致两种方法各有各的适用性。例如，如果需要对每个末端进行计量，那么用水侧方法显然不合适，因为除了要在系统末端位置安装若干个计量表外，还必须承担很大的投资。但是如果需要对某个区域或者某个楼层进行计量，风侧焓差法就无能为力了，这时水侧方法成为唯一的方法，计量表价格高的问题也因为数量少而使得总的投资仍旧不大。所以，风机盘管换热量风侧焓差法计量方法实际上只是针对表冷器末端进行计量的一种方法。
从上面对各种计量方法的特点的讨论中可以看出，对于计量准确度高的方法一般投资比较大，而且受系统形式的限制多；而对于安装简单方便，投资低的换热量计量方法而言，误差则很大。也就是说，目前的换热量计量的方法中没有哪个方法是兼顾考虑到准确度、投资和安装维护的。


图1是本发明的焓差法换热量计量装置的工作示意图；图2是本发明的夏季换热量计算流程图；图3是本发明的冬季换热量计算流程图。
附图标记说明1风机盘管；2计量装置；3进口温湿度传感器；4出口温湿度传感器；5功率测量装置；6传感器信号传输线。
具体实施例方式下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述。
风机盘管属于水冷表面式换热器，其夏季换热过程为水侧进水管处通入低温冷水，与此同时，盘管风机将较高温度空气吹过盘管换热器，水在盘管换热器管内通过，在外部气流冲刷换热器翅片的强制对流换热作用下水温沿着管流程升高，一直到最后流出换热器，而气流在经过换热器翅片进行能量交换之后，温度也变得较低，从而在盘管出口处获得低温气流。如果翅片表面温度在换热过程中低于气流的露点温度，在翅片上将有凝结水生成，这时我们称风机盘管的换热过程为湿工况换热过程，或称之为“湿冷”；如果翅片表面温度高于气流的露点温度，就没有凝结水产生，这时则称为干工况换热过程，或称之为“干冷”。而对于冬季工况，换热则变成了一个加热的过程，流经盘管的水为比空气温度高的热水，且换热之后水温降低，而空气经过盘管后温度升高。冬季工况由于是加热，所以都是干工况过程。
对于风机盘管而言，其换热过程的计算方程可用公式(7)～(9)表示 Q＝G(h1-h2)＝Wc(tw2-tw1) (9)上面三个方程表示的意思是，风机盘管换热量计算必须满足的三个条件是第一，盘管换热器能达到的ε1′应等于空气处理过程需要的ε1；第二，盘管换热器能达到的ε2′应等于空气处理过程需要的ε2；第三，盘管水侧吸收(放出)的热量应和风侧放出(吸收)的热量相等。满足这三个条件，我们就能根据风侧和水侧的初始条件用上面的方程解出风侧和水侧的换热量是多少了。其中，ε1和ε2分别表示风机盘管的热交换效率系数和接触系数，前者表示的是换热器实际换热量与最大可能换热量的比值，后者表示仅考虑空气状态的变化时实际换热量与最大可能换热量的比值。盘管换热器所能达到的ε1′、ε2′除了和风侧、水侧的参数有关外，还和盘管的结构参数C有很大关系。热交换效率系数主要和风机盘管换热器的结构形式、空气和水的流速及析湿系数有关析，而接触系数主要取决于其结构形式和空气的流速。通常采用的方法是通过实验将ε1′和ε2′的实验关系式得到(如(7)、(8)中所示)，这样就可以计算出风机盘管换热器所能达到的ε1′和ε2′。要注意的是，不同的换热器形式所对应的ε1′和ε2′的实验计算式也不相同。2-风侧焓差法计量风机盘管换热量计量要点前面介绍了如何根据风机盘管换热器的初始条件来计算得到盘管的换热量，此换热量可以用风侧换热量或水侧换热量来表示，因为二者是相等的。但是，这仅仅是理论上计算的方法，在实际中如果要想知道盘管的换热量，我们不可能去测出风侧和水侧的初始条件，再去找到ε1′和ε2′的实验关系式，采用(7)～(9)的方程组去解出换热量。最简单的办法是测出风侧或水侧的初终状态参数，利用方程(9)直接求得换热量。实际运用中，热量表的基本原理正是如此，通过用流量计测得流量，用温度传感器测得进出水温，再利用水侧换热量的计算方法计算得到换热量。现在，水侧换热量计量的方法几乎无一例外都采用了这种方法。
为什么可以测量水侧参数来计量换热量，而没有考虑到通过测量风侧的参数来对换热量进行计量呢？既然水侧换热量计量的方法有投资大、安装维修困难等诸多弊端，那么如果能够从风侧找到计量的方法，从而避免从水侧进行换热量计量的缺陷，岂不是更好。我们首先从风侧换热量的计算公式来讨论从风侧进行换热量计量的可行性。
Q＝G(h1-h2)(10)从式(10)中可以看出，计算换热量需要的参量有三个风量G、进出空气的焓值h1、h2。如果能够找到办法测出这三个参量的值，那么换热量的计算问题就迎刃而解了。确定了焓差法换热量计量的方法，接下来要解决的就是如何通过测量得到计算换热量所需要的三个参量。下面对进出口空气参数测量位置的确定和风量如何进行测量这两个方面进行分析。
(1)进出口空气参数测量位置的确定根据湿空气学的相关知识，我们可以通过间接测量的手段计算出空气的焓值h。由于在常温常压下湿空气可以近似的看作是理想气体，而根据状态公理，湿空气的所有的状态参数可以表示为任意两个独立的参数。也就是说，可以通过测量湿空气任意两个独立的参数运用湿空气的相关知识来计算得到焓值。这样的话，虽然没有直接测量焓值的装置，但是可以通过测量空气的干球温度和相对湿度的方法计算出焓值。目前市场上测量温度和相对湿度的仪器装置已经很多，得到进出口空气的焓值看来不是太难。
虽然焓差法计量方法只需要测出进出口空气的干球温度和相对湿度就可以利用湿空气的相关知识计算出焓值，但是不能忽略的问题是，测得的空气的干球温度和相对湿度到底是否具备代表性？也就是说，进口测点的空气状态应该能够代表所有进口空气，或者说进口空气的一个平均状态；出口空气的测点位置能够代表出口空气的一个平均状态。只有这样，算出来的焓值、换热量才是正确的。所以，我们首先要确定进口、出口断面空气的状态是否均匀，如果不均匀，能不能找到可以代表空气平均状态的测点位置。这是关系到风侧焓差法计量方法实现的一个关键问题。
严格的讲，风机盘管进口和出口断面的空气状态应该都是不均匀的。对于进口情况，风机盘管的风机将空气吸入风机涡轮，进口的气流属于汇流的状态，吸入的空气状态应该大致相同。但是由于风机涡轮一侧靠近电机，而另外一侧没有，电机在工作的时候温度必定比周围空气的温度高，这时从靠近电机侧吸入风机涡轮的空气在经过电机之后有一定的温升，可能导致比另外一侧吸入的空气温度高。测点位置到底放在哪一侧才能准确测出空气的进口状态，这个问题留在实验中去解决。实验实测会针对这个问题，看看测温传感器放置的位置不同，对测量的结果影响有多大。
出口测点的情况比进口情况复杂。因为空气和盘管进行的是管外横掠强迫对流换热的过程，而管内的水是则以逆流方式流动，沿管程水温逐渐升高(以冷工况为例)，所以导致在不同的管段位置水管外表面的温度也各不相同，同样温度的空气掠过水管外表面之后，换热器水管表面不同位置的换热情况也肯定不同，因此，空气状态在出口断面上的不同位置也应该说各有差异。换句话讲，如果把盘管出口断面划分若干网格，这些网格的空气的温度和相对湿度应都不相同。这点在风机盘管性能实验台上也可以得到证实，实验台上风机盘管出口之后都有一个混风装置，将出口空气进行充分混合之后再进行采样测得空气的状态作为出口空气的状态。出口空气状态不一致的问题的确比较麻烦，因为不可能在工程实际中去安装如此的混风装置。那么到底出口的哪个位置才能代表整个出口的空气的平均状态，或者说出口的哪个位置上测得的空气状态和混风装置后面的空气状态相一致？并且这个位置要相对稳定，这样我们才能在实践中用这个位置代表整个出口断面的空气状态，焓差法计算的结果也才准确。
通过对一些国内外产品的调查发现，型号接近的机组风机盘管的结构参数大致相同，例如管排数、管程、管径、管材，那么对于就是对型号接近的机组，换热情况应该也比较接近，因为在相同的风侧和水侧初始参数条件下风机盘管的换热主要还是受结构参数的影响。相同的换热情况导致出口断面空气状态分布也比较相似，也即是假设出口某点的空气状态能够代表机组出口断面的空气状态，并且在风量变化、进口空气状态变化时这个点的位置不发生改变。要对这个设想进行理论上的分析比较复杂，所以采用通过实验研究的方法来验证这个设想，通过变化实验的工况用实测的结果来看看是否存在这个不变的测点位置。
(2)风量计量的方法风侧焓差法计量方法实现的另外一个关键问题就是风量G如何测量的问题。现在测量风量的方法很多，比如测风速的方法(如热线、热球风速仪)、测动压的方法(如变风量装置的测风量原理)，还有毕托管测量的方法。但是这些方法要运用到实际的计量装置上来有一定的难度。一个原因是受现场计量条件的限制，工程应用中不可能在计量位置安装比较庞大的测量装置；而更为关键的原因就是投资的问题，目前市场上的风速仪动辄几千元，如果测动压，压力传感器的价格也在千元以上，这样的投资，对于风机盘管换热量的计量来讲是不能接受的，因为一台风机盘管的价格也就在千元左右。因此，通过测量风速或者动压的风量测量方法用到计量装置中来显得不切实际。要想解决风量测量的问题，就必须找到更为简单的、投资低的方法。对于这个问题本专利的设想是，通过实验测试，把风量测量转化为某些电参数(如功率)等的测量，因为这些参数测量容易、投资不大，容易推广应用到工程实际中去。
一、建立风机转速与风量之间的经验关系式按照流体力学中风机的相关知识，风量和转速成正比。
如果我们能够找到下面式(11-1)或(11-2)或(11-3)的关系式，那么就可以利用测量风机转速来得到风量了。
G＝∑Gi＝∑(mi·Vi+ni)(11-1)或G＝∑Gi＝∑(m·Vi+n) (11-2)或G＝∑Gi＝∑(m·V+n) (11-3)其中，i(1，单个盘管的风机数目)；GI为盘管第i个风机送出的风量；Vi为盘管第i个风机转速，V＝∑Vi/风机数目；mi、ni为盘管第i个风机的拟合系数，m、n为该盘管风机的平均拟合系数。
当然，和测点位置情况一样，这个问题也需要通过实验研究来解决，公式中的两个系数也需要通过实验实测的结果用回归方法得到。
测速原理如下在风机叶轮两侧安装的一只由发光二极管及光敏三极管组成的槽型光电开关架，当风机叶轮上的小孔与发光二极管的光线不在一条直线上时，发光二极管的光线不能射到光敏管的窗口，光敏三极管就输出一个高电平，当风机叶轮上的小孔与发光二极管的光线在一条直线上时，发光二极管的光线射到光敏管的窗口，光敏管就输出一个低电平，风机叶轮每转一圈就可得到1个脉冲，因此，每秒钟检测到的脉冲数乘以60恰好等于风机叶轮每分钟的转速值。
二、建立风机电机功率与风量之间的经验关系式按照流体力学中风机的相关知识，风量和转速成正比，而功率又和转速的三次方成正比，那么风量和功率之间有三次方的关系。如果我们能够找到如下面式(11)的关系式，那么就可以利用测量功率来得到风量了。
G＝a·N+b(11)其中，N为盘管的耗电功率，a、b为拟合系数。当然，和测点位置情况一样，这个问题也需要通过实验研究来解决，公式中的两个系数也需要通过实验实测的结果用回归方法得到。
需要说明的是，耗电功率不是决定风量的唯一因素，风量还和盘管风侧的阻力有关系。由于在工程实际中风机盘管的接管情况太复杂，导致风侧阻力成了非常不确定的因素，要找到准确测量实际风量的方法太困难，也不可能通过实验找到针对每种接管情况的确定计算式。因此，在本研究中采取忽略盘管风侧阻力因素的方法，而这样做的后果是，必定会给风量测量的准确性带来很大影响。解决这个问题的方法是，考虑从计量系统方面对风量测量不准确给换热量计量带来的误差进行消除，即把风量不准确性带来的换热量偏差通过计量系统软件集中进行分摊，在系统上位机处来进行消除，以保证计量的公平性。
从上面的分析可以看出，只要通过实验研究能够确定测点位置和风量计算方法，那么焓差法换热量计量方法就存在实现的可行性。
湿空气状态的有关计算风侧焓差法换热量计量装置中，由于焓值计算涉及到湿空气的计算，因此有必要先对湿空气状态参数的计算方法进行说明。接下来就对湿空气的密度、比热、压力、焓等状态参数的计算方法依次进行介绍。
(1)湿空气的密度(ρ) (2)湿空气的含湿量(d)湿空气是由干空气和水蒸气组成的，其中每kg干空气所含有的水蒸气量称为含湿量，即d=mqmg---(13)]]>如果将湿空气认为是理想气体，应用理想气体状态方程式，那么式(13)就可以转化整理为 (3)湿空气的比热(CPa，CPv)湿空气是由干空气和水蒸气组成，湿空气的定压比热分为干空气的定压比热和水蒸气的定压比热两个部分，这两个参数都是湿空气的物性参数。据研究发现，这两个状态参数都和空气的温度有一一对应的关系，有学者拟合了下面的两个公式用于比热的计算。
CPa＝1.00687-8.722×10-5t+1.236×10-7t2(15)CPv＝1.85314+0.6133×10-3t+1.014×10-6t2(16)经过检验，上面两个公式计算的结果和干空气与水蒸气的热物理性质表中所列的数值非常接近，误差在0.01％以内。同时在焓值所涉及的0-60℃的温度范围内，两个比热值的变化范围都很小，有时甚至都是当作常数来处理。在本专利的研究分析中，为了尽量考虑全面，仍然采用公式(15)、(16)对比热值进行计算。
(4)湿空气的相对湿度()所谓相对湿度，就是空气中水蒸气分压力和同温度下饱和水蒸气分压力之比。
Ps(tw)为湿球温度对应的空气饱和水蒸气分压力，Ps(t)为空气干球温度对应的饱和水蒸气分压力。Ps的计算方法见下面方程(18)。
(5)湿空气的水蒸气饱和分压力(Ps)许多学者根据自己的实验研究都给出了水蒸气饱和分压力的计算公式，如高夫公式、严家禄公式等，这些公式都有其各自的适用范围，例如高夫公式适用平水面上-50～100℃情况的计算，严家禄公式的适用范围是平水面上0℃以上情况的计算。这些公式用在空气中水蒸气饱和分压力的计算会产生一定的误差。因此本专利采用如下公式计算，即ln(Ps)=-5800.22061T+1.3914993-0.04860239T+0.41764768×10-4T2---(18)]]>-0.14452093×10-7T3+6.5459673ln(T)]]>式(18)适用于空气温度处于0～200℃的情况。
(6)湿空气的焓值(h)利用焓差法计算空气侧的换热量，实际上就是计算湿空气换热过程中焓值的变化。湿空气的焓是表征其能量的一个重要物理量。湿空气的焓由干空气和水蒸气两部分焓值组成，如下式h＝CPat+d(2501+CPvt)(19)其中，CPat是干空气的焓，d(2501+CPvt)是水蒸气的焓。焓的计算是以0℃的干空气和水蒸气为基准点进行计算的。
计量装置的工作过程首先确定焓差法计量装置需要测量的量有风量、进出口焓值，而这些量都是需要通过间接测量计算得到。风量可以通过测量电机转速(或测耗电功率)来得到，焓值则通过测量进口和出口的干球温度和相对湿度来进行计算，所以需要直接测量的量有5个电功率、进出口干球温度、进出口相对湿度。测得这些量以后，还要把这些量收集起来，进行计算，并且能够将计算的换热量进行累积，这样计量装置才能完成对换热量进行持续的计量工作。焓差法换热量计量装置的工作示意图如图1所示焓差法换热量计量装置的工作过程如图1所示，测量进出口温度、湿度传感器3、4和功率测量装置5将计算需要的5个量测出传送到计量装置2中，计量装置内的计算器完成对换热量的计算，然后通过计算累积仪记录盘管的耗冷情况，同时，计量装置所带的面板也显示即时耗换热量、该月累积用换热量等。传感器信号的传送通过信号线6送入到计量装置中，由计量装置完成对信号的处理和转化。
计量装置的换热量计算流程图如下计量装置通过传感器采集信号得到温度和湿度，又通过测量装置得到电机转速，从而计算得到焓值和风量，才能进一步得到盘管换热量。所有计算的过程需要计量装置里面的“计算器”来完成。因为风机盘管夏季基本上是处于湿下况运行，而冬季则为干工况。所以，冬季工况运行时进出盘管的空气的含湿量保持不变，夏季湿工况运行时含湿量则降低。对于风机盘管换热量，夏季工况和冬季工况计算过程也因此不同。夏季和冬季换热量计算的流程图如下面图2和图3所示。
权利要求
1.一种风机盘管换热量风侧焓差法计量方法，其特征是，其步骤如下1)、测量进出口空气的干球温度和相对湿度；2)、由测得的进出口空气的干球温度和相对湿度计算出进出空气的焓值h1、h2；3)、测量功率来得到风量，计算公式如下G=a·N1/3+b----(11)]]>其中，N为盘管的耗电功率，a、b为拟合系数；4)、通过风机盘管电机功率换算得出风机盘管的瞬间风量的方法，风侧换热量的计算公式为Q＝G(h1-h2)(10)其中，风量G、进出空气的焓值h1、h2。
2.根据权利要求1所述的风机盘管换热量风侧焓差法计量方法，其特征是步骤1)中所述的进口空气测点位置是风机涡轮一侧靠近电机的位置。
3.根据权利要求1所述的风机盘管换热量风侧焓差法计量方法，其特征是步骤1)中所述的进口空气测点位置是风机涡轮另一侧远离电机的位置。
4.根据权利要求1所述的风机盘管换热量风侧焓差法计量方法，其特征是通过湿空气状态参数的的计算，计算出焓值(1)湿空气的密度(ρ) (2)湿空气的含湿量(d)湿空气是由干空气和水蒸气组成的，其中每kg干空气所含有的水蒸气量称为含湿量，即d=mqmg----(13)]]>如果将湿空气认为是理想气体，应用理想气体状态方程式，那么式(13)就可以转化整理为 (3)湿空气的比热(CPa，CPv)湿空气是由干空气和水蒸气组成，湿空气的定压比热分为干空气的定压比热和水蒸气的定压比热两个部分，这两个参数都是湿空气的物性参数CPa＝1.00687-8.722×10-5t+1.236×10-7t2(15)CPv＝1.85314+0.6133×10-3t+1.014×10-6t2(16)(4)湿空气的相对湿度()所谓相对湿度，就是空气中水蒸气分压力和同温度下饱和水蒸气分压力之比； Ps(tw)为湿球温度对应的空气饱和水蒸气分压力，Ps(t)为空气干球温度对应的饱和水蒸气分压力，Ps的计算方法见下面方程(18)；(5)湿空气的水蒸气饱和分压力(Ps)ln(Ps)=-5800.22061T+1.3914993-0.04860239T+0.41764768×10-4T2----(18)]]>-0.14452093×10-7T3+6.5459673ln(T)]]>式(18)适用于空气温度处于0～200℃的情况；(6)湿空气的焓值(h)利用焓差法计算空气侧的换热量，实际上就是计算湿空气换热过程中焓值的变化，湿空气的焓是表征其能量的一个重要物理量，湿空气的焓由干空气和水蒸气两部分焓值组成，如下式h＝CPat+d(2501+CPvt)(19)其中，CPat是干空气的焓，d(250l+CPvt)是水蒸气的焓，焓的计算是以0℃的干空气和水蒸气为基准点进行计算的。
5.一种风机盘管换热量风侧焓差法计量方法，其特征是，其步骤如下1)、测量风机转速来得到风量，计算公式如下G＝∑Gi＝∑(mi·Vi+ni) (11-1)或 G＝∑Gi＝∑(m·Vi+n) (11-2)或 G＝∑Gi＝∑(m·V+n) (11-3)其中，i(1，单个盘管的风机数目)；Gi为盘管第i个风机送出的风量；Vi为盘管第i个风机转速，V＝∑Vi/风机数目；mi、ni为盘管第i个风机的拟合系数，m、 n为该盘管风机的平均拟合系数。2)、通过风机盘管电机功率换算得出风机盘管的瞬间风量的方法，风侧换热量的计算公式为Q＝G(h1-h2) (10)其中，风量G、进出空气的焓值h1、h2。
6.根据权利要求5所述的风机盘管换热量风侧焓差法计量方法，其特征是通过湿空气状态参数的的计算，计算出焓值(1)、湿空气的密度(ρ) (2)、湿空气的含湿量(d)湿空气是由干空气和水蒸气组成的，其中每kg干空气所含有的水蒸气量称为含湿量，即d=mqmg----(13)]]>如果将湿空气认为是理想气体，应用理想气体状态方程式，那么式(13)就可以转化整理为 (3)、湿空气的比热(CPa，CPv)湿空气是由干空气和水蒸气组成，湿空气的定压比热分为干空气的定压比热和水蒸气的定压比热两个部分，这两个参数都是湿空气的物性参数CPa＝1.00687-8.722×10-5t+1.236×10-7t2(15)CPv＝1.85314+0.6133×10-3t+1.014×10-6t2(16)(4)、湿空气的相对湿度()所谓相对湿度，就是空气中水蒸气分压力和同温度下饱和水蒸气分压力之比； Ps(tw)为湿球温度对应的空气饱和水蒸气分压力，Ps(t)为空气干球温度对应的饱和水蒸气分压力，Ps的计算方法见下面方程(18)；(5)、湿空气的水蒸气饱和分压力(Ps)ln(Ps)=-5800.22061T+1.3914993-0.04860239T+0.41764768×10-4T2----(18)]]>-0.14452093×10-7T3+6.5459673ln(T)]]>式(18)适用于空气温度处于0～200℃的情况；(6)、湿空气的焓值(h)利用焓差法计算空气侧的换热量，实际上就是计算湿空气换热过程中焓值的变化，湿空气的焓是表征其能量的一个重要物理量，湿空气的焓由干空气和水蒸气两部分焓值组成，如下式h＝CPat+d(250l+CPvt) (19)其中，CPat是干空气的焓，d(250l+CPvt)是水蒸气的焓，焓的计算是以0℃的干空气和水蒸气为基准点进行计算的。
全文摘要
本发明涉及一种风机盘管换热量风侧焓差法计量方法，其步骤如下1)测量进出口空气的干球温度和相对湿度；2)由测得的进出口空气的干球温度和相对湿度计算出进出空气的焓值h
文档编号G01K17/00GK1664524SQ20051004948
公开日2005年9月7日 申请日期2005年3月28日 优先权日2005年3月28日
发明者方燕宝, 谢瑞东, 柳玉光 申请人:杭州家和智能控制有限公司