空氣源熱泵結(jié)霜工況下動(dòng)態(tài)性能的實(shí)驗(yàn)研究-cropped

中國(guó)圖書(shū)分類號(hào)：TU831.7國(guó)際圖書(shū)分類號(hào)：628.8:687工學(xué)碩士學(xué)位論文空氣源熱泵結(jié)霜工況下動(dòng)態(tài)性能的實(shí)驗(yàn)研究碩士研究生：劉國(guó)威導(dǎo)師：姚楊教授申請(qǐng)學(xué)位：工學(xué)碩士學(xué)科、專業(yè)：供熱、供燃?xì)?、通風(fēng)及空調(diào)工程所在單位：市政環(huán)境工程學(xué)院答辯日期：2007年6月授予學(xué)位單位：哈爾濱工業(yè)大學(xué)ClassifiedIndex:TU831.7DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringEXPERIMENTALSTUDYONDYNAMICPERFORMANCEOFAIRSOURCEHEATPUMPUNDERFROSTINGCONDITIONSLiuGuoweiProf.YaoYangMasterofEngineeringHeating,GasSupply,VentilatingandAirConditioningEngineeringSchoolofMunicipalandAffiliation：EnvironmentalEngineeringJune,2007DateofDefence:Degree-Conferring-Institution:HarbinInstituteofTechnologyCandidate:Supervisor:AcademicDegreeAppliedfor:Speciality:摘要隨著世界能源結(jié)構(gòu)的調(diào)整和全球范圍內(nèi)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的提出，人們?cè)絹?lái)越重視對(duì)清潔、安全、高效能源的開(kāi)發(fā)和利用。空氣源熱泵系統(tǒng)以電能為驅(qū)動(dòng)力，將室外環(huán)境空氣作為冷、熱源，向被調(diào)節(jié)對(duì)象提供冷、熱量。這種環(huán)保、高效的能源供給方式在低位能源利用方面具有明顯的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。目前采用空氣熱源熱泵型分體式房間空調(diào)器已經(jīng)非常普遍。但從目前空氣源熱泵的實(shí)際運(yùn)行效果來(lái)看，其在氣溫偏低且相對(duì)濕度比較大的地區(qū)制熱運(yùn)行時(shí)仍不理想，在供熱運(yùn)行時(shí)室外換熱器結(jié)霜和除霜是影響空氣源熱泵冬季運(yùn)行的一個(gè)重要問(wèn)題。當(dāng)室外換熱器表面結(jié)霜時(shí)，會(huì)降低換熱器的傳熱系數(shù)，增加空氣側(cè)的流動(dòng)阻力，減小空氣源熱泵的供熱能力。如何防止或延緩室外換熱器結(jié)霜以及如何選取有效的除霜控制方式是人們普遍關(guān)心的問(wèn)題。為此，應(yīng)該深入地研究空氣源熱泵的結(jié)霜規(guī)律及結(jié)霜對(duì)熱泵性能的影響。本文用實(shí)驗(yàn)研究的方法研究了空氣源熱泵在結(jié)霜工況下的動(dòng)態(tài)性能，對(duì)其在結(jié)霜工況下的性能進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究，探討了室外換熱器結(jié)霜對(duì)空氣源熱泵性能的影響。實(shí)驗(yàn)中測(cè)量了蒸發(fā)溫度、壓縮機(jī)吸氣壓力、排氣壓力、壓縮機(jī)軸功率、室外風(fēng)機(jī)功率、制熱量等參數(shù)在不同工況下隨著運(yùn)行時(shí)間的不斷增加的變化情況，在此基礎(chǔ)上分析了環(huán)境參數(shù)對(duì)總制熱量、總能效比的影響。這為熱泵空調(diào)器的除霜控制和優(yōu)化設(shè)計(jì)提供了依據(jù)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：在相對(duì)濕度較低（<75%）工況下，室外換熱器的翅片表面基本不結(jié)霜；熱泵空調(diào)器運(yùn)行穩(wěn)定，各項(xiàng)動(dòng)態(tài)參數(shù)的變化不明顯；而相對(duì)濕度較高（>80%）的工況，室外換熱器的翅片表面有明顯的結(jié)霜，且相對(duì)濕度越大，結(jié)霜現(xiàn)象越嚴(yán)重，相應(yīng)的各種動(dòng)態(tài)參數(shù)變化很明顯。另外在相對(duì)濕度大于95%的惡劣工況下，熱泵空調(diào)器室外換熱器的結(jié)霜非常嚴(yán)重，并且非常迅速，各種動(dòng)態(tài)參數(shù)變化很明顯，熱泵的制熱量及COP值迅速下降；因此，有必要對(duì)熱泵在惡劣工況下結(jié)霜和除霜問(wèn)題加以深入研究。該課題為國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目“空氣源熱泵除霜系統(tǒng)創(chuàng)新及其機(jī)理研究”（編號(hào)：50606007）的一部分。關(guān)鍵詞空氣源熱泵；結(jié)霜；動(dòng)態(tài)性能；實(shí)驗(yàn)研究AbstractWiththeadjustmentofthewordenergyandputtingforwardthesustainabledevelopmentstrategy.Peoplearetakingmoreandmoreattentionontheexploitationandutilityofclean,safeandhighefficientenergyresource.Airsourceheatpump(ASHPsystemtakeselectricityasdrivingforce,andtakesoutdoorairascoldorheatsource,thensuppliesheatorcoldtotheadjustedobject.Thiskindofsupplyingenergymodehaslargecompetitiveadvantageontheutilityoflow-qualityenergy.NowadaysASHPair-conditionsaremoreandmoreprevalent.BasedontheeffectofpracticaloperationofASHP.ASHPisnotsatisfiedwhenitisusedunderlowtemperatureandhighrelativehumiditycondition.OutdoorheatexchangerfrostinganddefrostingisanimportantproblemwhichaffectstheefficiencyofASHPinwinter.Outdoorheatexchangerfrostingwilldecreasethecoefficientoftheheatexchanger,andincreasetheair’sflowingresistance,thendecreasethecapabilityofASHP.Peoplearemoreandmoreconcernedonhowtoavoidordelaythefrostingofoutdoorheatexchangerandhowtoselectaneffectivedefrostingmethod.SoweshouldstudythelawofASHP’sfrostingandhowtheASHP’scapacitychangesunderfrostingcondition.ThisthesisinvestigatesthedynamicperformanceofanASHPsystemunderfrostingconditionsbyexperiment,andtakeexperimenttostudytheperformanceofanASHPsystemunderfrostingconditions,thendiscussestheinfluenceonASHP’scapacitywhenoutdoorheatexchangerfrosts.Theevaporationtemperature,theaspiratorypressureandexhaustingpressureofcompressor,theshaftpowerofcompressor,thepowerofoutdoorfanandthequantityofheataremeasuredunderdifferentconditionsbytime.Basedonthedata,howenvironmentparametersaffecttheheatquantityandcapacityofASHPareanalyzed,andsuggestionsweremadeonhowtoanalyzetheperformanceofairsourceheatpumpwithfrostingandmeasureswereproposedforcontrolofdefrosting.Experimentresultsshowthatunderlowrelativehumidity(<75%condition,thereisnofrostonthesurfaceofoutdoorheatexchanger.ASHPair-conditioniswell-balanced.Thevarietiesofthedynamicparametersareinconspicuous.Butunderhighrelativehumidity(>80%condition,thereismuchfrostonthesurfaceofoutdoorheatexchanger,andtherelativehumidityishigher,thephenomenaoffrostingismoreconspicuous.Therelevantdynamicparameterschangedistinctly.Inaddition,underabominableconditionwhoserelativehumidityishigherthan95%,thephenomenaoffrostingonthesurfaceofoutdoorheatexchangerisprominent.Thevelocityoffrostingisveryfast.Therelevantdynamicparameterschangedistinctly.TheheatquantityandtheCOPdescendrapidly.Soitisnecessarytoinvestigatetheproblemsoffrostinganddefrostingunderabominablecondition.Thispaperisapartofnaturalsciencefunditem-BasicResearchandApplicationson“InnovationandElementalStudyoftheDefrostingSystemofASHP”(5060007Keywords:Frosting;airsourceheatpump;dynamicperformance;experimentalstudy目錄摘要..................................................................................................................IAbstract................................................................................................................II第1章緒論.........................................................................................................11.1課題背景....................................................................................................11.2本論文研究的意義....................................................................................21.3國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀概述................................................................................31.4論文的主要研究?jī)?nèi)容..............................................................................10第2章空氣源熱泵室外換熱器結(jié)霜實(shí)驗(yàn)臺(tái)的設(shè)計(jì)........................................112.1實(shí)驗(yàn)裝置..................................................................................................112.2實(shí)驗(yàn)的主要內(nèi)容......................................................................................192.3實(shí)驗(yàn)臺(tái)的前期調(diào)試..................................................................................202.4本章小結(jié)..................................................................................................21第3章實(shí)驗(yàn)的操作規(guī)程及誤差分析................................................................223.1實(shí)驗(yàn)操作規(guī)程..........................................................................................223.2實(shí)驗(yàn)的誤差分析......................................................................................243.3實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的合理性檢驗(yàn)..........................................................................273.4本章小結(jié)..................................................................................................28第4章實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理與分析...........................................................................294.1實(shí)驗(yàn)工況介紹..........................................................................................294.2結(jié)霜工況空氣源熱泵的動(dòng)態(tài)特性...........................................................294.3溫度對(duì)熱泵的性能影響..........................................................................414.4結(jié)霜量分析..............................................................................................504.5本章小結(jié)..................................................................................................52第5章堵塞實(shí)驗(yàn)分析.......................................................................................535.1實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案..........................................................................................535.2實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析..........................................................................................555.3本章小結(jié)..................................................................................................59結(jié)論與展望.........................................................................................................60參考文獻(xiàn).............................................................................................................62攻讀學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文.........................................................................66哈爾濱工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明......................................................67哈爾濱工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文使用授權(quán)書(shū)......................................................67哈爾濱工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位涉密論文管理..........................................................67致謝....................................................................................................................68第1章緒論1.1課題背景空氣源熱泵技術(shù)是基于逆卡諾循環(huán)原理建立起來(lái)的一種節(jié)能、環(huán)保制熱技術(shù)?？諝庠礋岜孟到y(tǒng)通過(guò)自然能(空氣蓄熱獲取低溫?zé)嵩?，?jīng)系統(tǒng)高效集熱整合后成為高溫?zé)嵩矗脕?lái)取(供暖或供應(yīng)熱水，空氣源熱泵的特點(diǎn)：（1）高效節(jié)能：集熱效率高，運(yùn)行成本低。同比用電量是電熱水器五分之一；（2）綠色環(huán)保：高新科技的結(jié)晶，代表未來(lái)發(fā)展方向。（3）安全節(jié)約：無(wú)后顧之憂，初裝費(fèi)低，一元錢當(dāng)五元錢花；（4）四季制熱：陰雨天或寒冷冬季，均能全天候合成高溫?zé)嵩矗唬?）時(shí)尚耐用：用料精選。使用壽命在18年以上；（6）設(shè)計(jì)精湛：全自動(dòng)控制，免維護(hù)運(yùn)行，代表制熱高新精尖科技；（7）體積小巧：可置屋頂、陽(yáng)臺(tái)、庭院、室內(nèi)等，并能與建筑物有機(jī)結(jié)合；因此空氣源熱泵備受大家的關(guān)心。空氣源熱泵的分類：空氣源熱泵分為空氣/空氣熱泵和空氣/水熱泵，目前采用空氣/空氣熱泵型分體式房間空調(diào)器已經(jīng)非常普遍。我國(guó)長(zhǎng)江流域及以南地區(qū)冬季平均溫度在-3～5℃，非常適合空氣源熱泵的使用。目前我國(guó)居民室內(nèi)空調(diào)器大都采用這種形式。盡管空氣源熱泵具有很多優(yōu)點(diǎn)，但受室外環(huán)境的限制也比較大，我國(guó)大部分地區(qū)處于季風(fēng)氣候區(qū)，熱泵適宜應(yīng)用的地區(qū)普遍濕度比較大，例如長(zhǎng)江以南地區(qū)，冬季相對(duì)濕度一般都在75%以上，低溫高濕極易結(jié)霜，當(dāng)熱泵室外換熱器表面溫度低于露點(diǎn)溫度，同時(shí)又低于零度時(shí)，換熱器表面就會(huì)結(jié)霜。而結(jié)霜對(duì)熱泵的正常運(yùn)行有很大影響。結(jié)霜過(guò)程分為三個(gè)階段[1]：霜柱發(fā)生期，霜層成長(zhǎng)期，霜層成熟期。在結(jié)霜的初期，即霜柱發(fā)生期，換熱器換熱效果得到加強(qiáng)，因?yàn)檫@些霜柱好似肋片一樣擴(kuò)展了換熱器的換熱面積，從而使換熱得到加強(qiáng)。但是隨著時(shí)間的推移，霜柱群頭部的結(jié)晶或結(jié)晶干涉作用，霜層厚度在不斷的加大，逐漸成長(zhǎng)為穩(wěn)定的霜層，這是霜層成長(zhǎng)期和成熟期，在這個(gè)期間霜層不斷加厚，逐漸覆蓋整個(gè)換熱器，使霜層導(dǎo)熱熱阻逐漸增大，嚴(yán)重地破壞了空氣與制冷劑之間的換熱，使換熱器的換熱量大大減少；與此同時(shí)，隨著霜層厚度的增加，逐漸堵塞了換熱器，使通過(guò)換熱器的空氣量越來(lái)越小，最終完全堵塞換熱器，嚴(yán)重地影響熱泵的制熱量，甚至由于制冷劑不能在換熱器中蒸發(fā)而進(jìn)入壓縮機(jī)，從而引起事故；因此，結(jié)霜給空氣源熱泵帶來(lái)相當(dāng)大的危害，所以對(duì)熱泵室外換熱器結(jié)霜規(guī)律的研究具有重要的理論意義和實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。1.2本論文研究的意義隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人民生活水平的提高，公共建筑和住宅的供熱和空調(diào)已成為普遍的需求。在發(fā)達(dá)國(guó)家中，供熱和空調(diào)的能耗可占到社會(huì)總能耗的25%~30%。我國(guó)的能源結(jié)構(gòu)主要依靠礦物燃料，特別是煤炭。礦物燃料燃燒產(chǎn)生的大量污染物，包括大量SO2，NOX等有害氣體以及CO2等溫室效應(yīng)氣體。大量燃燒礦物燃料所產(chǎn)生的環(huán)境問(wèn)題已日益成為各國(guó)政府和公眾關(guān)注的焦點(diǎn)。我國(guó)目前城鎮(zhèn)民用建筑（非工業(yè)建筑）運(yùn)行耗電占我國(guó)總發(fā)電的22%~24%，北方地區(qū)城鎮(zhèn)供暖消耗的燃煤占我國(guó)非發(fā)電用煤的15%~18%（建筑消耗的能源占全國(guó)商品能源的21%~24%）[2]。中國(guó)城鄉(xiāng)建筑發(fā)展迅速，近幾年每年建成的住宅面積，城鎮(zhèn)已至4~5億平方米，農(nóng)村則達(dá)7~8億平方米，其中供熱、空調(diào)的建筑面積高達(dá)6.5億平方米。根據(jù)近30年來(lái)能源界的研究和實(shí)踐，目前普遍認(rèn)為：建筑節(jié)能是各種節(jié)能途徑中潛力最大、最為直接有效的方式，是緩解能源緊張、解決社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展與能源供應(yīng)不足的最有效措施之一。建筑供暖系統(tǒng)的節(jié)能對(duì)實(shí)現(xiàn)建筑節(jié)能目標(biāo)的貢獻(xiàn)大約可達(dá)30%。我國(guó)對(duì)熱泵技術(shù)研究始于20世紀(jì)50年代，主要應(yīng)用在建筑市場(chǎng)和工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程，80年代初改革開(kāi)放以來(lái)，更是得到了迅速發(fā)展。近幾年國(guó)內(nèi)的一些廠家、研究所以及各大學(xué)對(duì)熱泵進(jìn)行了廣泛的研究，取得了不少的成果，生產(chǎn)出了一批又一批的新產(chǎn)品?？諝庠礋岜媚壳暗漠a(chǎn)品主要是家用熱泵空調(diào)器、商用單元式熱泵空調(diào)器和熱泵冷熱水機(jī)組。熱泵空調(diào)器已經(jīng)占到家用空調(diào)銷量的40%～50%，年產(chǎn)量為400萬(wàn)余臺(tái)。熱泵冷熱水機(jī)組自90年代初開(kāi)始，在夏熱冬冷地區(qū)得到廣泛應(yīng)用，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，部分城市中央空調(diào)冷熱源采用熱泵冷熱水機(jī)組的已占到20%～30%，而且應(yīng)用范圍逐漸繼續(xù)擴(kuò)大[3]。另外近幾年空氣源熱泵熱水器也逐漸發(fā)展起來(lái)，在這短短的幾年里，生產(chǎn)空氣源熱泵熱水器的廠家如雨后春筍般的出現(xiàn)?？諝庠礋岜脽崴鞯膽?yīng)用已經(jīng)邁上了一個(gè)新臺(tái)階，在經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)的香港和珠江三角地區(qū)，熱泵得到廣泛的應(yīng)用。上海、蘇州、廣州、廈門、深圳的經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)，在政府的招標(biāo)采購(gòu)采購(gòu)項(xiàng)目中，相關(guān)的網(wǎng)站和項(xiàng)目書(shū)都已明確指定洗浴用水設(shè)備必須為空氣源熱泵產(chǎn)品。可以斷言，在不久的將來(lái)，熱泵產(chǎn)品將會(huì)滲透到社會(huì)的各個(gè)領(lǐng)域，為社會(huì)節(jié)能，減少污染，為環(huán)保做貢獻(xiàn)[4]?？諝庠礋岜迷诮Y(jié)霜工況下運(yùn)行時(shí)，隨著霜層的厚度不斷增加，逐漸覆蓋整個(gè)蒸發(fā)器，使霜層導(dǎo)熱熱阻不斷增加，嚴(yán)重破壞了空氣與制冷劑之間的換熱，使室外換熱器的換熱量大大減少[5]。因此，每隔一段時(shí)間必須除霜以確保風(fēng)冷熱泵的正常運(yùn)行。但是，除霜也不能過(guò)于頻繁，因?yàn)轱L(fēng)冷熱泵通常采用逆向循環(huán)即制冷循環(huán)除霜，在除霜過(guò)程中，室內(nèi)不但得不到熱量，而且在下一個(gè)制熱循環(huán)時(shí)還必須用一部份熱量把蓄存在換熱器的冷量消除掉，這兩個(gè)因素都使供熱量減少。因此，找到一種最佳除霜控制方案，合理確定除霜周期，對(duì)提高風(fēng)冷熱泵的性能至關(guān)重要的。因此本文對(duì)空氣源熱泵在結(jié)霜工況下的各種動(dòng)態(tài)參數(shù)的變化規(guī)律進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究，對(duì)結(jié)霜問(wèn)題進(jìn)行實(shí)驗(yàn)分析是十分有意義的。1.3國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀概述結(jié)霜使空氣源熱泵的應(yīng)用和發(fā)展受到了一定的限制，目前國(guó)內(nèi)外對(duì)結(jié)霜問(wèn)題開(kāi)展了很多研究工作，歸納起來(lái)主要有以下幾方面。前后霜層比上下霜層厚。Chin-HsiangCheng[16]實(shí)驗(yàn)研究了氣流中冷板上霜的形成及晶體生長(zhǎng)，研究了大氣中冷板表面霜厚的空間變化及霜晶模式。實(shí)驗(yàn)測(cè)量了平板前沿霜厚的二維變化，觀察了霜晶生長(zhǎng)，并用顯微照相系統(tǒng)來(lái)觀察霜層的結(jié)構(gòu)。ByeongchulNa[17]研究了影響霜成模因素，冷表面結(jié)霜成模過(guò)程的理論分析表明冷表面上空氣應(yīng)達(dá)過(guò)飽和狀態(tài)才能形成霜模，理論預(yù)測(cè)與實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了比較，二者非常一致。對(duì)翅片管換熱器霜層厚度的測(cè)量就更加困難。侯晉秀[18]利用自行研制的圖像放大及采集系統(tǒng)，對(duì)霜層初期晶體的形態(tài)進(jìn)行了顯微觀測(cè)，得到了不同生長(zhǎng)條件下冰晶體的圖像。隨后采用數(shù)字圖像處理辦法，將原圖像轉(zhuǎn)換為二值圖。通過(guò)對(duì)圖像的分析，發(fā)現(xiàn)霜層的生長(zhǎng)初期冰晶體的分布與充分生長(zhǎng)的霜層有所不同，此時(shí)霜層靠近冷表面固含率最大；隨著高度的增長(zhǎng)，固含率以近似線性的方式減小。實(shí)驗(yàn)還發(fā)現(xiàn)，對(duì)霜層生長(zhǎng)初期影響最大的兩個(gè)因素是冷表面的溫度和空氣的相對(duì)濕度。隨著冷表面溫度的降低，霜層的高度明顯增長(zhǎng)，冰晶體沉積量增加，而平均密度的變化則不明顯；隨著相對(duì)濕度的增加，霜層的高度、平均密度以及冰晶體的沉積量都有所增加?？諝鉁囟葘?duì)霜層生長(zhǎng)的影響不明顯。姚楊[19]根據(jù)理想氣體狀態(tài)方程和Clapcyron-Clausius方程推導(dǎo)出了計(jì)算用于霜密度變化的結(jié)霜量變化率的公式，計(jì)算時(shí)同時(shí)考慮了結(jié)霜的密度和厚度隨時(shí)間的變化，得到了不同工況下用于霜密度變化的結(jié)霜量變化率、用于霜厚度變化的結(jié)霜量變化率隨時(shí)間的變化規(guī)律以及厚度隨時(shí)間的變化，為采取有效的除霜控制方法提供了依據(jù)。指出了目前計(jì)算用于霜密度變化的結(jié)霜量變化率的公式存在的問(wèn)題：霜的密度對(duì)于空氣側(cè)換熱器的傳熱與空氣動(dòng)力計(jì)算是一個(gè)十分重要的參數(shù)，因?yàn)閷?duì)于已知的結(jié)霜量而言，霜層的厚度是其密度的函數(shù)，霜的密度又是隨時(shí)間而變化。因此，以往的結(jié)霜量計(jì)算中，不同時(shí)考慮結(jié)霜的密度和厚度隨時(shí)間的變化，將會(huì)為空氣側(cè)換熱器結(jié)霜工況的傳熱與空氣動(dòng)力計(jì)算結(jié)果帶來(lái)較大的誤差，也會(huì)為融霜提供錯(cuò)誤的信息。AhmetZ.Sahin[20]利用被潮濕空氣圍繞的圓柱霜柱組成的一個(gè)簡(jiǎn)單的模型，研究了在結(jié)霜的冰晶成長(zhǎng)時(shí)期有效的霜層傳熱系數(shù)，得知霜層傳熱系數(shù)與霜層的密度密切相關(guān)，同時(shí)發(fā)現(xiàn)霜層中的水蒸汽的擴(kuò)散、霜柱的密度也是影響霜層的傳熱系數(shù)重要因素，從另一個(gè)方面說(shuō)，霜層的傳熱系取決于霜晶體的升華溫度和空氣的相對(duì)濕度，因此，結(jié)霜的整個(gè)過(guò)程和霜層的傳熱系數(shù)主要取決于控制溫度，例如，壁面溫度、空氣溫度。郝英立[21-22]對(duì)自然對(duì)流條件下水平表面的初始結(jié)霜過(guò)程進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究。在壁溫為-34～-19℃范圍內(nèi)，利用顯微鏡對(duì)霜層成長(zhǎng)過(guò)程進(jìn)行了一系列顯微觀測(cè)，應(yīng)用雙曝光全息干涉法測(cè)量霜層表面溫度和周圍溫度的分布，還測(cè)量了通過(guò)冷壁面的熱流密度和霜層厚度隨時(shí)間的變化。獲得了霜層有效的導(dǎo)熱系數(shù)和霜表面與環(huán)境空氣間的自然對(duì)流傳熱系數(shù)，并關(guān)聯(lián)為準(zhǔn)則關(guān)系式，霜層初始成長(zhǎng)階段與充分成長(zhǎng)階段有著顯著的不同特性，隨著霜層的形成和成長(zhǎng)，霜層表面溫度逐漸升高，霜層厚度增加速率減緩，有效導(dǎo)熱系數(shù)迅速降低，自然對(duì)流傳熱系數(shù)也減小，冷壁面溫度低時(shí)，自然對(duì)流傳熱系數(shù)較大，霜層成長(zhǎng)初期厚度增加也較快，但對(duì)有效導(dǎo)熱系數(shù)影響不大，僅為冰導(dǎo)熱系數(shù)的11.7%～1.7%。姜益強(qiáng)[23]在總結(jié)和分析空氣源熱泵結(jié)霜特性及其對(duì)熱泵性能影響的研究成果的基礎(chǔ)上，提出了結(jié)霜量指標(biāo)和相對(duì)結(jié)霜量的概念。統(tǒng)計(jì)分析了我國(guó)空氣源熱泵適用地區(qū)的氣候特點(diǎn)，得出了相應(yīng)地區(qū)不同使用情況下的平均結(jié)霜除霜損失系數(shù)。Ju-SukByun[24]利用耦合照相技術(shù)來(lái)觀測(cè)霜形成的過(guò)程，進(jìn)一步確定了最有效的除霜時(shí)機(jī)。張海英[25]針對(duì)翅片式蒸發(fā)器表面的結(jié)霜問(wèn)題，提出了一種新的實(shí)驗(yàn)研究方法，即利用CSPM2000（掃描探針顯微鏡）對(duì)兩類材料冷表面進(jìn)行掃描記錄，同時(shí)利用專門的CCD攝像與顯微鏡系統(tǒng)，觀測(cè)兩類材料表面的整個(gè)結(jié)霜過(guò)程，從而探討微觀表面結(jié)構(gòu)與材料表面霜層形成的關(guān)系。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，材料的表面粗糙程度對(duì)結(jié)霜有很大影響，表面光潔度好，霜沉降量小。C.Tantakitti[26]對(duì)空氣—空氣熱泵室外換熱器結(jié)霜后采用三種除霜方式：壓差法、空氣溫度和壓縮機(jī)運(yùn)行時(shí)間、蒸發(fā)溫度和壓縮機(jī)運(yùn)行時(shí)間控制法對(duì)熱泵性能的影響進(jìn)行了計(jì)算機(jī)模擬和實(shí)驗(yàn)研究。但該模型沒(méi)有對(duì)熱泵結(jié)霜工況進(jìn)行判斷。姚楊[28-30]采用了分布參數(shù)法建立了空氣源熱泵冷熱水機(jī)組空氣側(cè)換熱器結(jié)霜的穩(wěn)態(tài)模型，并將換熱器模型和結(jié)霜特性相結(jié)合，對(duì)該模型進(jìn)行了求解，對(duì)機(jī)組在不同工況下運(yùn)行時(shí)的結(jié)霜情況進(jìn)行了分析，得到了影響結(jié)霜的主要因素。指出隨著空氣相對(duì)濕度的增加，結(jié)霜量明顯增加；且在空氣流動(dòng)方向的不同管排間結(jié)霜量是不同的，為改善機(jī)組結(jié)構(gòu)，提高機(jī)組性能提供了依據(jù)。并且通過(guò)對(duì)霜形成機(jī)理的分析，建立了空氣源熱泵冷熱水機(jī)組空氣側(cè)換熱器的結(jié)霜模型，分析了空氣的溫度、相對(duì)濕度、迎面風(fēng)速等對(duì)結(jié)霜的影響，得到了結(jié)霜量的變化規(guī)律。為進(jìn)一步分析機(jī)組結(jié)霜工況的性能及采取有效的除霜控制方法提供了依據(jù)。在質(zhì)量、動(dòng)量和能量守恒的基礎(chǔ)上。另外還采用分布參數(shù)法建立了空氣側(cè)換熱器結(jié)霜時(shí)的動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型，該模型耦合了結(jié)霜子模型與熱交換子模型。利用該模型分析了不同溫度和相對(duì)濕度下霜的厚度隨時(shí)間的變化及結(jié)霜對(duì)空氣側(cè)換熱器傳熱與阻力的影響。結(jié)果表明：在不同的工況下，空氣側(cè)換熱器結(jié)霜情況不同，空氣溫度一定時(shí)，相對(duì)濕度大，結(jié)霜越嚴(yán)重，融霜的時(shí)間間隔越短；隨著結(jié)霜量的增加，換熱器的換熱量減小，風(fēng)量也逐漸減少，阻力卻迅速增加，計(jì)算出了不同工況下融霜的時(shí)間間隔。張興群[31]建立了恒流條件下的強(qiáng)制對(duì)流翅片管式換熱器的結(jié)霜模型，并用實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了模型的可靠性。將結(jié)霜和風(fēng)機(jī)性能曲線聯(lián)合起來(lái)考慮，在更加切合實(shí)際的情況下，模擬了換熱器在結(jié)霜工況下的熱力性能。研究發(fā)現(xiàn)，換熱器結(jié)霜引起了翅片效率、空氣流通率及翅片性能的顯著降低，同時(shí)還伴隨著空氣側(cè)壓力降上升；討論了改變風(fēng)機(jī)類型、翅片間距以及翅片厚度等幾種設(shè)計(jì)參數(shù)對(duì)結(jié)霜性能的影響。陳秀環(huán)[32]根據(jù)傳熱傳質(zhì)過(guò)程的基本理論和相關(guān)的經(jīng)驗(yàn)公式，建立了蒸發(fā)器外表面水蒸汽傳質(zhì)及霜層生長(zhǎng)過(guò)程的數(shù)值模型，對(duì)某類翅片管式蒸發(fā)器外表面結(jié)霜過(guò)程及霜層厚度變化過(guò)程進(jìn)行了數(shù)值模擬，并分析了外界參數(shù)對(duì)結(jié)霜厚度的影響。劉志強(qiáng)[33]提出了一個(gè)空氣源熱泵蒸發(fā)器結(jié)霜過(guò)程的動(dòng)態(tài)分布參數(shù)模型，該模型把霜層的生長(zhǎng)過(guò)程看成是一種具有移動(dòng)邊界的多孔介質(zhì)的動(dòng)態(tài)傳熱傳質(zhì)過(guò)程。研究結(jié)果表明這一模型適合于空氣源熱泵蒸發(fā)器結(jié)霜過(guò)程的動(dòng)態(tài)研究。鄭鋼[34]通過(guò)對(duì)空氣源熱泵的結(jié)霜過(guò)程進(jìn)行仿真，分析了結(jié)霜工況下系統(tǒng)多個(gè)參數(shù)的變化過(guò)程，為進(jìn)一步研究空氣源熱泵機(jī)組的結(jié)構(gòu)優(yōu)化和控制優(yōu)化奠定基礎(chǔ)。陳軼光[35]對(duì)熱泵空調(diào)器在結(jié)霜工況下的運(yùn)行性能進(jìn)行了理論模擬，建立了熱泵空調(diào)器制冷系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)分布參數(shù)模型和結(jié)霜過(guò)程的動(dòng)態(tài)分布參數(shù)模型。在系統(tǒng)模型建立中把結(jié)霜過(guò)程視為準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程。計(jì)算結(jié)果表明，在霜?jiǎng)傞_(kāi)始形成時(shí)，有助于增大管壁和空氣之間的換熱系數(shù)，當(dāng)霜層達(dá)到一定厚度時(shí)，熱泵的制熱能力、性能系數(shù)迅速下降。吳清前[36]建立了結(jié)霜工況下空氣源熱泵集中動(dòng)態(tài)參數(shù)模型，將結(jié)霜過(guò)程分解成密度項(xiàng)的累計(jì)和霜層厚度項(xiàng)的累計(jì)。根據(jù)該模型選擇某種熱泵進(jìn)行計(jì)算，得到了該熱泵在結(jié)霜工況下的性能。程衛(wèi)紅[37]采用分布參數(shù)法建立微分方程，并進(jìn)行離散求解，分別計(jì)算了不同地區(qū)不同工況下，采用不同翅片間距、翅片管管徑、管間距時(shí)，結(jié)霜速率、霜的密度、霜的厚度、空氣側(cè)壓降及換熱量等隨時(shí)間的變化。不同工況下，空氣側(cè)換熱器的結(jié)構(gòu)參數(shù)不同，對(duì)機(jī)組性能的影響也不同；增大翅片間距可以延緩結(jié)霜，但對(duì)于不同濕度地區(qū)，翅片間距應(yīng)取不同值。王劍峰[38]采用全年性氣候空氣源熱泵冷熱水機(jī)組計(jì)算模擬軟件對(duì)制冷工況和供熱工況進(jìn)行了模擬。分析了環(huán)境溫度和進(jìn)水溫度對(duì)機(jī)組性能的影響，研究了冬季供熱工況空氣側(cè)換熱器表面的濕空氣結(jié)霜、結(jié)露及干冷卻轉(zhuǎn)變特性，得出了不同迎面風(fēng)速下的結(jié)霜曲線。對(duì)于簡(jiǎn)單幾何形狀的換熱器，霜的性質(zhì)和增長(zhǎng)規(guī)律以及對(duì)傳熱的影響國(guó)內(nèi)外研究資料較多，但對(duì)于復(fù)雜幾何形狀的翅片管式換熱器，由于影響霜層增長(zhǎng)及霜特性的因素很多，且換熱器表面形狀非常復(fù)雜，目前對(duì)于這種換熱器結(jié)霜過(guò)程的研究多為實(shí)驗(yàn)性的。Baxter.V.D[39]對(duì)一臺(tái)氣—?dú)鉄岜眠M(jìn)行了連續(xù)兩年的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，獲得了結(jié)霜、除霜對(duì)季節(jié)能效比的影響。T.Senshu[40]對(duì)結(jié)霜工況下熱泵系統(tǒng)性能進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究，結(jié)果表明結(jié)霜后空氣側(cè)的換熱系統(tǒng)變化很小，系統(tǒng)性能的衰減是因?yàn)閻盒匝h(huán)造成的：霜層阻塞導(dǎo)致蒸發(fā)溫度下降，蒸發(fā)溫度下降導(dǎo)致結(jié)霜加劇，結(jié)霜加劇又導(dǎo)致霜層阻塞加劇。MicheleVIO[41]從熱泵運(yùn)行的實(shí)際情況入手，分析了影響熱泵能效的主要因素，分析了室外空氣溫度，濕度對(duì)熱泵機(jī)組運(yùn)行中能效性能的影響，同時(shí)引入時(shí)間概念，確立除霜技術(shù)在熱泵冬季運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中對(duì)能效性能的絕對(duì)影響，從而對(duì)現(xiàn)有的除霜技術(shù)進(jìn)行分析比較，引入了智能除霜的新技術(shù)。Wei-MonYan[42]實(shí)驗(yàn)研究了結(jié)霜工況下翅片管換熱器性能，不同的溫度，相對(duì)濕度，風(fēng)速等條件下測(cè)量了制冷量、總換熱系數(shù)和壓降。Denizseker[43]實(shí)驗(yàn)研究了翅片管換熱器的結(jié)霜特性，比較了總傳熱系數(shù)及壓降。Wei-MonYan[44]實(shí)驗(yàn)研究不同翅片類型的肋片管換熱器性能，討論空氣流量，相對(duì)濕度，制冷劑溫度及翅片形式對(duì)換熱器熱力、流動(dòng)性能的影響，提供了熱流密度，總傳熱系數(shù)及壓降隨時(shí)間的變化。DeryaBurcu?zkan[45]通過(guò)實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證了影響制冷機(jī)蒸發(fā)器結(jié)霜的各種參數(shù)，同時(shí)研究了霜的結(jié)構(gòu)。在蒸發(fā)器的進(jìn)口與出口都進(jìn)行了風(fēng)速測(cè)量，分析了風(fēng)速對(duì)結(jié)霜的影響，并且記錄了制冷機(jī)內(nèi)的水蒸發(fā)速率。KaiyangQu[46]通過(guò)實(shí)驗(yàn)研究冷壁在自然對(duì)流和強(qiáng)迫對(duì)流兩條件下的結(jié)霜過(guò)程，發(fā)現(xiàn)霜層的厚度在霜層形成的過(guò)程中逐漸增加，在初始形成時(shí)期水滴或者是冰粒引起了第一次霜層的緩慢增厚，針狀冰晶體的出現(xiàn)導(dǎo)致了霜層厚度的迅速增厚，之后，表面的柱狀冰晶體不斷交替地變長(zhǎng)和變粗，這就引起了霜層厚度迅速增長(zhǎng)和緩慢增長(zhǎng)的交替出現(xiàn)。吳曉敏[47]在冷面溫度為-15～0℃，空氣溫度為16.5℃和22℃，空氣相對(duì)濕度為20%～70%，空氣流速為0～5.5m/s的條件下，對(duì)水平鋁表面上結(jié)霜現(xiàn)象進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究。結(jié)果表明：冷壁面溫度或空氣溫度越低，過(guò)冷水珠存續(xù)時(shí)間越短，結(jié)凍粒徑越??；隨著空氣相對(duì)濕度的增加，過(guò)冷水珠存續(xù)時(shí)間先縮短后延長(zhǎng)，結(jié)凍粒徑先減小后增大；隨著空氣流速的增大，過(guò)冷水珠存續(xù)時(shí)間先縮短后延長(zhǎng)，結(jié)凍粒徑卻不斷增大；而且流速對(duì)初始霜晶形狀的影響不大。姬長(zhǎng)發(fā)[48]研究了風(fēng)冷熱泵冷熱水機(jī)組結(jié)霜與除霜時(shí)的動(dòng)態(tài)性能。在一臺(tái)制冷量為55kW的風(fēng)冷熱泵冷熱水機(jī)組上進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)，結(jié)果表明：在結(jié)霜中期的64min內(nèi)，風(fēng)速分布不均勻造成一些支路出口帶有液體，導(dǎo)致熱力膨脹閥的控制發(fā)生了間歇振蕩；在結(jié)霜后期的32min內(nèi)，風(fēng)速的不均勻分布與霜層導(dǎo)致傳熱性能的惡化相結(jié)合，使熱力膨脹閥發(fā)生了持續(xù)的振蕩；除霜時(shí)存在系統(tǒng)參數(shù)突然劇烈上升的臨界點(diǎn)，這是由于風(fēng)冷換熱器管外的換熱方式由臨界點(diǎn)前霜融化成水的相變換熱，變成了臨界點(diǎn)后空氣的自然對(duì)流換熱；在制熱的啟動(dòng)階段和除霜終止切換為制熱循環(huán)時(shí)，排氣壓力發(fā)生了劇烈的突升，這與制冷劑的流量比較大和板式換熱器的內(nèi)容積比較小有關(guān)。RinYun[49]在溫度低于冰點(diǎn)的平壁面上，建立了一個(gè)研究霜層增長(zhǎng)和結(jié)霜特性的實(shí)際模型，測(cè)量了霜層的粗糙度，提出了一個(gè)對(duì)于霜層粗糙度的經(jīng)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式，在考慮霜層粗糙度和紊流邊界層的影響條件下，用修正的Prandtl公式計(jì)算熱質(zhì)的傳熱系數(shù)。通過(guò)求解霜層內(nèi)層由氣體平衡系數(shù)和熱傳導(dǎo)系數(shù)的聯(lián)合方程。理論分析了霜層的傳熱系數(shù)。估計(jì)出了熱質(zhì)傳遞系數(shù)、霜層的傳熱系數(shù)、霜層厚度、霜質(zhì)量濃度以及霜密度隨時(shí)間和空間的變化規(guī)律。王洋[50]通過(guò)實(shí)驗(yàn)研究了增大室外蒸發(fā)器面積對(duì)空氣源熱泵冷熱水機(jī)組蒸發(fā)溫度的影響，通過(guò)對(duì)我國(guó)可應(yīng)用空氣源熱泵地區(qū)主要代表性城市氣象資料的整理分析，統(tǒng)計(jì)計(jì)算了未增大蒸發(fā)器面積和蒸發(fā)器面積增大一倍時(shí)，空氣源熱泵冷熱水機(jī)組在各地區(qū)的結(jié)霜時(shí)間。結(jié)果表明：當(dāng)室外蒸發(fā)器面積增大一倍后，空氣源熱泵冷熱水機(jī)組的蒸發(fā)溫度平均提高了約2.5℃；在空氣源熱泵運(yùn)行季節(jié)內(nèi)，機(jī)組在不同地區(qū)的結(jié)霜時(shí)間減少了5.21%～82.96%。Chin-HsiangCheng[51]通過(guò)實(shí)驗(yàn)，研究了在空氣中冷壁上形成的霜層厚度的空間變化和霜晶體的形式，考慮了在主要邊緣霜層厚度的兩相變化和在霜形成時(shí)對(duì)霜成長(zhǎng)過(guò)程的觀察，給出了實(shí)驗(yàn)結(jié)果，應(yīng)用顯微圖像觀測(cè)系統(tǒng)觀測(cè)了霜層的結(jié)構(gòu)，研究過(guò)程中考慮了環(huán)境的變化，包括風(fēng)速、溫度、空氣的相對(duì)濕度，另外通過(guò)調(diào)整制冷劑的溫度，改變了冷壁的表面溫度。陳軼光[52]對(duì)熱泵空調(diào)器在結(jié)霜工況下的運(yùn)行性能進(jìn)行了理論和實(shí)驗(yàn)研究。計(jì)算結(jié)果表明，熱泵在結(jié)霜開(kāi)始時(shí)，有助于增大管壁和空氣之間的換熱系數(shù)；當(dāng)霜層達(dá)到一定厚度時(shí)，熱泵的制熱能力、性能系數(shù)迅速下降。陳瑞球[53]通過(guò)實(shí)驗(yàn)研究了低溫條件下肋片管蒸發(fā)器結(jié)霜對(duì)傳熱性能的影響，得到了肋片間距、相對(duì)濕度、風(fēng)速與傳熱系數(shù)的關(guān)系曲線，為低溫環(huán)境中肋片管蒸發(fā)器的設(shè)計(jì)和除霜時(shí)間的選擇提供參考。郭憲民[54]對(duì)結(jié)霜工況下空氣源熱泵的動(dòng)態(tài)特性進(jìn)行了數(shù)值模擬，并在室外環(huán)境空氣溫度及相對(duì)濕度分別為-15～3℃和50%～90%范圍內(nèi)對(duì)一臺(tái)空氣源熱泵空調(diào)器的動(dòng)態(tài)性能進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究。在此基礎(chǔ)上分析了進(jìn)風(fēng)溫度、相對(duì)濕度對(duì)空氣源熱泵空調(diào)器性能的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：在室外換熱器表面結(jié)霜的初始階段，熱泵系統(tǒng)的制熱量及性能系數(shù)均有所提高，但在結(jié)霜的后期，熱泵性能迅速衰減，與數(shù)值預(yù)測(cè)結(jié)果一致；對(duì)于相對(duì)濕度不同的進(jìn)口空氣，其溫度為0～3℃時(shí)換熱器表面結(jié)霜速度最快，在此溫度范圍內(nèi)結(jié)霜對(duì)熱泵性能影響最大。綜上所述，通過(guò)研究目前對(duì)于空氣源熱泵供熱運(yùn)行時(shí)結(jié)霜特性的文獻(xiàn)，得到以下結(jié)論：（1）對(duì)空氣源熱泵蒸發(fā)器結(jié)霜特性的研究分為實(shí)驗(yàn)研究和計(jì)算機(jī)模擬研究，計(jì)算機(jī)模擬研究居多，實(shí)驗(yàn)研究較少，且多為針對(duì)某一特定型號(hào)的機(jī)組。（2）大多是對(duì)簡(jiǎn)單幾何形狀的換熱器進(jìn)行實(shí)驗(yàn)分析，對(duì)復(fù)雜幾何形狀的換熱器研究較少。（3）翅片式換熱器的結(jié)霜特性的實(shí)驗(yàn)研究較少，翅片式換熱器在結(jié)霜工況下，熱泵的各種動(dòng)態(tài)參數(shù)如何變化的研究較少，如制熱量、功率變化、壓力變化和蒸發(fā)溫度變化等。1.4論文的主要研究?jī)?nèi)容根據(jù)以上綜述，確定論文的主要研究?jī)?nèi)容如下：（1）實(shí)驗(yàn)臺(tái)的改建；在原有設(shè)備的基礎(chǔ)上，改建空氣源熱泵室外換熱器結(jié)霜性能實(shí)驗(yàn)研究實(shí)驗(yàn)臺(tái)；（2）實(shí)驗(yàn)臺(tái)的調(diào)試與實(shí)驗(yàn)測(cè)試；進(jìn)行數(shù)據(jù)測(cè)試，分析與總結(jié)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，尋找實(shí)驗(yàn)規(guī)律；（3）通過(guò)實(shí)驗(yàn)，研究熱泵室外換熱器結(jié)霜規(guī)律；全面地反映空氣源熱泵結(jié)霜的過(guò)程特性；為低溫環(huán)境中室外換熱器的設(shè)計(jì)和除霜控制提供參考。（4）通過(guò)模擬熱泵室外換熱器堵塞的情況，測(cè)試在這種工況下各種動(dòng)態(tài)參數(shù)的變化規(guī)律。第2章空氣源熱泵室外換熱器結(jié)霜實(shí)驗(yàn)臺(tái)的設(shè)計(jì)2.1實(shí)驗(yàn)裝置整個(gè)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)由環(huán)境小室、熱泵樣機(jī)、測(cè)量系統(tǒng)三個(gè)部分組成，環(huán)境小室用于模擬實(shí)驗(yàn)所需的室外側(cè)環(huán)境。測(cè)量系統(tǒng)主要由壓力、溫度、濕度和電流測(cè)量裝置組成。實(shí)驗(yàn)裝置如圖2-1所示。1-室內(nèi)換熱器；2-室外換熱器；3-制冷系統(tǒng)；4-加濕裝置；5-加熱系統(tǒng)；H-相對(duì)濕度測(cè)量?jī)x；T-微機(jī)多路溫度數(shù)據(jù)采集儀；A1-壓縮機(jī)電流表；A2-室外風(fēng)機(jī)電流表；P1-節(jié)流前壓力表；P2-節(jié)流后壓力表；P3-壓縮機(jī)排氣壓力表；P4-壓縮機(jī)吸氣壓力表圖2-1實(shí)驗(yàn)裝置簡(jiǎn)圖Figure2-1Sketchofexperimentalequipments封閉小室微環(huán)境實(shí)驗(yàn)室是以房間熱平衡法空調(diào)熱工性能器實(shí)驗(yàn)臺(tái)為基礎(chǔ)，建立的一個(gè)可以控制溫度和濕度來(lái)模擬室外環(huán)境的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。實(shí)驗(yàn)平臺(tái)由環(huán)境小室和室內(nèi)環(huán)境兩部分組成，其中環(huán)境小室內(nèi)有加熱系統(tǒng)、制冷系統(tǒng)、加濕系統(tǒng)，加熱系統(tǒng)是一個(gè)大型熱箱，制冷系統(tǒng)是由一個(gè)風(fēng)機(jī)盤管空調(diào)系統(tǒng)組成，加濕系統(tǒng)由兩臺(tái)電加濕器組成，通過(guò)相應(yīng)的控制，可以達(dá)到模擬室外不同溫度不同濕度的環(huán)境工況。圖2-2為環(huán)境小室實(shí)物圖。圖2-2環(huán)境小室實(shí)物圖Figure2-2Practicalityofsmallenvironmentalroom熱泵樣機(jī)為KFR-23GW/T1型的分體熱泵型掛壁式房間空調(diào)器，空調(diào)器參數(shù)見(jiàn)表2-1，實(shí)物圖如圖2-3和2-4所示。表2-1熱泵參數(shù)表Table2-1Parametersofairsourceheatpump項(xiàng)目參數(shù)型號(hào)KFR-23GW/T1制冷量W2300制熱量W2530循環(huán)風(fēng)量m3/h450電源V單相交流220，50Hz工作電壓V198～242額定制冷輸入電流A4.0額定制熱輸入電流A3.9額定制冷輸入功率W880額定制熱輸入功率W850最大運(yùn)行制熱輸入功率W1050制冷劑種類R22圖2-3熱泵空調(diào)器室外機(jī)Figure2-3OutdoormachineofASHP圖2-4熱泵空調(diào)器室內(nèi)機(jī)Figure2-4IndoormachineofASHP測(cè)量系統(tǒng)包括壓縮機(jī)電流測(cè)量裝置、室外風(fēng)機(jī)電流測(cè)量裝置、室外換熱器壁溫測(cè)量裝置、相對(duì)濕度測(cè)量裝置和制冷劑壓力測(cè)量裝置，測(cè)點(diǎn)布置見(jiàn)圖2-5。1-壓縮機(jī)；2-毛細(xì)管；3-汽液分離器；4-室內(nèi)換熱器；5-室外換熱器圖2-5實(shí)驗(yàn)樣機(jī)系統(tǒng)圖及壓力和溫度測(cè)點(diǎn)布置圖Figure2-5Testingspotsoftemperatureandpressureofexperimentalsystem壓力測(cè)點(diǎn)：1：壓力表1，節(jié)流前壓力（制熱）；2：壓力表2，節(jié)流后壓力（制熱）；3：壓力表3，壓縮機(jī)排氣壓力；4）將兩層浮沉綜合表綜合得到兩層煤浮沉綜合表。5）浮沉資料的灰分校正表3-12甲乙兩層煤0.5-50mm級(jí)浮沉試驗(yàn)綜合表Tab.3-12Tablesoftwocoal0.5-50mm-ManExperiment密度級(jí)kg·L-1自然級(jí)破碎級(jí)本級(jí)全樣Ad本級(jí)全樣Ad%%%%%%1234567<1.348.2432.1610.9010.942.044.701.3~1.44.312.8838.1131.285.849.471.4~751.9911.862.2116.791.5~1.61.480.9961.407.111.3327.481.6~1.81.551.0372.036.361.1938.55>1.842.2028.1383.3032.456.0580.23小計(jì)(去泥100.0066.6546.56100.0018.6536.23煤泥4.333.0152.730.700.1324.19總計(jì)100.0069.6746.83100.0018.7935.81續(xù)表3-12檢測(cè)專用設(shè)備。該采集儀具有多測(cè)點(diǎn)、高精度、定時(shí)自動(dòng)打印數(shù)據(jù)及與PC機(jī)通訊等功能。操作方便，功能齊全，抗干擾性強(qiáng)等特點(diǎn)。在溫度測(cè)量中，采用銅-康銅熱電偶（自制）作為傳感器，圖2-8為銅－康銅熱電偶外觀，采集儀外觀如圖2-9所示。圖2-8銅－康銅熱電偶外觀示意圖Figure2-8OutlookofCu-Cu/Nithermocouple圖2-9WJK-E微機(jī)多路數(shù)據(jù)采集儀外觀圖Figure2-9OutlookofWJK-Emulti-Loopsdatacollector（1）功能和指標(biāo)①溫度測(cè)量測(cè)點(diǎn)：32路；測(cè)量范圍：－40～＋100℃；準(zhǔn)確度：≤0.3℃；誤差：0.5％；傳感器：采用銅－康銅熱電偶（自制）；用途：室內(nèi)外環(huán)境溫度、圍護(hù)結(jié)構(gòu)表面溫度、采暖系統(tǒng)供回水溫度測(cè)量。②熱流測(cè)量測(cè)點(diǎn)：8路；測(cè)量范圍：0～±40mV；傳感器：采用板式熱流計(jì)；用途：建筑物圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱流量測(cè)量，或其它具有毫伏輸出傳感器的測(cè)量。③操作面板具有以下功能：8位LED；顯示7位鍵盤輸入；實(shí)時(shí)時(shí)鐘；顯示參數(shù)；設(shè)置采樣周期；設(shè)置測(cè)點(diǎn)；設(shè)置手動(dòng)/自動(dòng)打?。徊⑴cPC機(jī)通訊。④電保護(hù)所設(shè)參數(shù)斷電后仍保持有效。⑤電源220V（交流），50HZ，功耗<15W。⑥外形尺寸260×275×75(寬×深×高，單位：mm。（2）采集儀面板說(shuō)明儀表操作面板上設(shè)有8位LED顯示，7位鍵盤，以及供數(shù)據(jù)輸出使用的打印機(jī)（或PC機(jī)）通訊接口，如圖2-10，圖2-11所示。鍵盤采用一鍵多功能設(shè)計(jì)。由數(shù)字鍵和功能鍵（狀態(tài)鍵、設(shè)置鍵、<鍵、>鍵、*鍵、打印鍵）組成。數(shù)字鍵用以輸入有關(guān)參數(shù)，功能鍵用以輸入有關(guān)命令。（3）傳感器接線方法在采集儀后面板上設(shè)有電源插座、電源開(kāi)關(guān)、保險(xiǎn)管座和接線端子，如圖2-11所示。00～31通道的接線端子，用于連接熱電偶測(cè)溫通道。32～39通道的接線端子，用于連接熱流計(jì)測(cè)量通道。COM端子為熱電偶的公共端，其接線方法如圖2-12所示。①熱電偶測(cè)溫通道的連接將熱電偶的銅線端按編號(hào)分別連接到00～31通道的接線端子。將熱電偶的康銅線端互相連接在一起，再與冰瓶中的基準(zhǔn)熱電偶的康銅線端相連。最后將冰瓶中基準(zhǔn)熱電偶的銅線端連接到COM端子，作為熱電偶的公共端。WJK-E微機(jī)多路數(shù)據(jù)采集儀顯示窗口狀態(tài)顯示時(shí)鐘通道2.31哈爾濱工業(yè)大學(xué)研制通訊（打印）接口圖2-10采集儀前面板示意圖保險(xiǎn)ON熱電偶接線端子熱電偶公共端顯示窗口熔斷器000510152023COM+-+-+-+-+-+-+-+-顯示窗口2439～220V熱電偶接線端子熱流計(jì)接線端子圖2-11采集儀后面板示意圖Figure2-11Schematicdiagramofcollectorbackpanel②熱流計(jì)測(cè)量通道的連接將熱流計(jì)的兩個(gè)輸出端分別連接到32～39通道的接線端子。熱流計(jì)的正極、負(fù)極分別與相應(yīng)編號(hào)的+、-接線端子相連。熱電偶工作端（冰瓶）圖2-12傳感器接線示意圖41.97圖2-13濕度及溫度感應(yīng)棒Figure2-13Humidity&Temp.sensorprobe圖2-14溫濕度計(jì)Figure2-14OutlookofTes-1365humidity&temperaturemeter表2-2Tes-1365濕度計(jì)參數(shù)表Table2-2ParametersofTes-1365humidity&temperaturemeter參數(shù)濕度：10%～95%測(cè)溫范圍溫度：-20℃～60℃解析度濕度0.1%RH/溫度0.1℃濕度：±3%RH（在25℃時(shí)，30%～95%RH）±5%RH（在25℃時(shí)，10%～30%RH）準(zhǔn)確度溫度：±0.5℃濕度：精密電容式感測(cè)器54.11操作溫濕度濕度：95%RH以下溫度：0℃～60℃表2-3交流電測(cè)量指標(biāo)Table2-3Testingindexofalternatingcurrent量程400μA4000μA40mA400mA分辨率100nA1μA10μA100μA準(zhǔn)確度±（1.5%+5）±（2%+5）輸入保護(hù)瓷管保險(xiǎn)絲F.1A600V瓷管保險(xiǎn)絲F.10A600V項(xiàng)目10A10mA±（2.5%+5）取樣時(shí)間2次/秒RS-232電腦界面光耦合式綜合校正本級(jí)全樣Ad本級(jí)全樣Ad%%%%%%891011121340.0934.2010.5345.1638.5210.5310.218.7118.9311.509.8118.934.323.694：壓力表4，壓縮機(jī)吸氣壓力。溫度測(cè)點(diǎn)：0：人工小室環(huán)境溫度；1：毛細(xì)管入口壁面溫度；3：毛細(xì)管出口壁面溫度（室外機(jī)入口制冷劑溫度）；5：壓縮機(jī)吸氣管壁面溫度；7：壓縮機(jī)排氣管壁面溫度；9：室外換熱器（蒸發(fā)器）排風(fēng)溫度；11：室內(nèi)機(jī)出風(fēng)溫度；13：室內(nèi)機(jī)進(jìn)風(fēng)溫度；15：室內(nèi)換熱器翅片管表面溫度傳感器測(cè)點(diǎn)（位于第3行入口處）；17：室內(nèi)換熱器第17行翅片管表面溫度；19：室外機(jī)出口壁面溫度；2，4...20：分別為室外蒸發(fā)器相應(yīng)第幾排管入口壁面溫度。測(cè)點(diǎn)實(shí)物布置如圖2-6、2-7所示。圖2-6測(cè)點(diǎn)布置圖1Figure2-6DisposalfigureⅠoftestingspots圖2-7測(cè)點(diǎn)布置圖2Figure2-7DisposalfigureⅡof4.87壓縮機(jī)電流測(cè)量裝置和室外風(fēng)機(jī)電流測(cè)量裝置均采用UT70B型數(shù)字萬(wàn)用表，準(zhǔn)確度為±1%；萬(wàn)用表的實(shí)物圖見(jiàn)圖2-15，各項(xiàng)參數(shù)見(jiàn)表2-3。圖2-15數(shù)字萬(wàn)用表Figure2-15Mordendigitalmulti-purposemeter壓力測(cè)量系統(tǒng)采用精密等級(jí)為0.25級(jí)，量程為2.5MPa的精密壓力表；實(shí)物圖見(jiàn)圖2-16和2-17。圖2-16壓力測(cè)試臺(tái)Figure2-16Platformofpressuretexting圖2-17精密壓力表Figure2-17Exactpressuremeter2.2實(shí)驗(yàn)的主要內(nèi)容本實(shí)驗(yàn)通過(guò)對(duì)環(huán)境小室內(nèi)的溫度和濕度的控制，來(lái)模擬空氣源熱泵運(yùn)行時(shí)的室外工況。本文主要研究空氣源熱泵在冬季制熱工況下，室外換熱器出現(xiàn)結(jié)霜時(shí)熱泵空調(diào)器的各種動(dòng)態(tài)參數(shù)的變化規(guī)律，其中包括結(jié)霜時(shí)的蒸發(fā)壓力、冷凝壓力、吸氣壓力、排氣壓力、壓縮機(jī)功率、室外換熱器風(fēng)機(jī)功率、以及由相關(guān)測(cè)試參數(shù)計(jì)算得到的空氣源熱泵制熱量、COP值的變化規(guī)律。本實(shí)驗(yàn)針對(duì)我國(guó)應(yīng)用空氣源熱泵地區(qū)的氣候特點(diǎn)，確定了十個(gè)實(shí)驗(yàn)工況。分別為溫度為5℃，相對(duì)濕度為65%、75%和85%三個(gè)工況；溫度0℃，相對(duì)濕度為65%、75%、85%和95%四個(gè)工況；溫度為-4℃，相對(duì)濕度分別為65%、75%和85%三個(gè)工況。這其中溫度為0℃，相對(duì)濕度為95%的工況是模擬惡劣環(huán)境下的室外工況，例如下雨、下雪或者是大霧天氣，這時(shí)相對(duì)濕度非常大，幾乎達(dá)到了飽和。雖然這樣的天氣出現(xiàn)的時(shí)間不長(zhǎng)，但是當(dāng)出現(xiàn)時(shí)，空氣源熱泵在這樣的工況下運(yùn)行，對(duì)空氣源熱泵的影響是非常大的。另外還做了空氣源熱泵堵塞實(shí)驗(yàn)，由于空氣源熱泵室外換熱器長(zhǎng)期處于室外自然環(huán)境中，室外空氣中含有很多的灰塵，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的運(yùn)行，灰塵不斷的沉積在室外換熱器的表面，日積月累，堵塞的面積不斷增加，以致影響到空氣源熱泵空調(diào)器的性能，因此應(yīng)該對(duì)空氣源熱泵室外換熱器發(fā)生堵塞時(shí)，熱泵空調(diào)器的動(dòng)態(tài)性能進(jìn)行研究。2.3實(shí)驗(yàn)臺(tái)的前期調(diào)試本實(shí)驗(yàn)是以房間熱平衡為基礎(chǔ)，建立的一個(gè)可以控制溫度和相對(duì)濕度來(lái)模擬室外環(huán)境的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，由于需要模擬不同溫度和不同相對(duì)濕度的10個(gè)實(shí)驗(yàn)工況，因此為了更好的控制環(huán)境小室內(nèi)的環(huán)境溫度和相對(duì)濕度，室溫控制系統(tǒng)由制冷風(fēng)機(jī)盤管、冷水箱、冷水機(jī)組、熱箱和小型輻射電加熱器組成。由于熱泵空調(diào)器的室外換熱器本身就在吸收小室的熱量，可以看作一個(gè)制冷裝置，當(dāng)利用制冷風(fēng)機(jī)盤管將環(huán)境小室的室溫降到實(shí)驗(yàn)工況后，關(guān)閉制冷風(fēng)機(jī)盤管系統(tǒng)，啟動(dòng)空氣源熱泵，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室運(yùn)行，根據(jù)測(cè)溫系統(tǒng)顯示的環(huán)境小室室溫，利用熱箱或是小型電加熱器對(duì)小室溫度進(jìn)行調(diào)節(jié)，使室溫相對(duì)穩(wěn)定，波動(dòng)幅度不超過(guò)±0.5℃。相對(duì)濕度由兩臺(tái)電加濕器控制，當(dāng)環(huán)境小室內(nèi)的溫度降到接近測(cè)試工況時(shí)，開(kāi)始啟動(dòng)電加濕器，通過(guò)相對(duì)濕度測(cè)試儀表，觀察小室內(nèi)的相對(duì)濕度，不斷的開(kāi)啟或是關(guān)閉電加濕器，將室內(nèi)相對(duì)濕度波動(dòng)范圍控制在±5%以內(nèi)。由于安裝壓力表，導(dǎo)致熱泵空調(diào)器中的制冷劑流失，系統(tǒng)需要重新灌入制冷劑R22。首先利用離心式真空機(jī)，對(duì)空氣源熱泵進(jìn)行抽真空，將系統(tǒng)中的空氣吸出來(lái)，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間，將制冷劑R22充入系統(tǒng)，充入的質(zhì)量嚴(yán)格按照熱泵空調(diào)器產(chǎn)品說(shuō)明書(shū)中規(guī)定的質(zhì)量；將系統(tǒng)靜置數(shù)小時(shí)，待系統(tǒng)中制冷劑穩(wěn)定后，觀察此時(shí)的系統(tǒng)穩(wěn)定壓力，做好記錄，啟動(dòng)熱泵空調(diào)器，觀察壓力系統(tǒng)中各個(gè)壓力表的變化情況，根據(jù)系統(tǒng)特點(diǎn)及各個(gè)壓力表的測(cè)點(diǎn)位置，判斷系統(tǒng)是否正常工作，然后通過(guò)變換制熱工況與制冷工況，以及變換風(fēng)速的大小，觀察由測(cè)溫系統(tǒng)測(cè)得的系統(tǒng)中各個(gè)管段的溫度數(shù)據(jù)，調(diào)試熱泵空調(diào)器的運(yùn)行狀態(tài)。2.4本章小結(jié)本章系統(tǒng)的闡述了空氣源熱泵結(jié)霜實(shí)驗(yàn)臺(tái)的設(shè)計(jì)方案，同時(shí)詳細(xì)說(shuō)明了實(shí)驗(yàn)臺(tái)中的各個(gè)測(cè)量系統(tǒng)。本章還對(duì)整個(gè)實(shí)驗(yàn)的主要裝置進(jìn)行了詳細(xì)介紹，并對(duì)主要設(shè)備的尺寸和規(guī)格做了匯總。充分地利用了現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)室條件搭建了空氣源熱泵結(jié)霜的實(shí)驗(yàn)臺(tái)。第3章實(shí)驗(yàn)的操作規(guī)程及誤差分析3.1實(shí)驗(yàn)操作規(guī)程為了掌握空氣源熱泵空調(diào)器在不同溫度及不同相對(duì)濕度的環(huán)境下各種動(dòng)態(tài)性能的變化規(guī)律，整個(gè)實(shí)驗(yàn)工作從2007年1月8日開(kāi)始進(jìn)行，歷時(shí)30多天，共10個(gè)工況，主要進(jìn)行了以下幾個(gè)方面實(shí)驗(yàn)：在每一個(gè)工況下測(cè)試室內(nèi)換熱器的進(jìn)風(fēng)與出風(fēng)的溫度、壓縮機(jī)的排氣管及吸氣管的管壁溫度、蒸發(fā)器的各排管壁溫度、吸氣壓力、排氣壓力、壓縮機(jī)電流和室外換熱器的風(fēng)機(jī)電流。其中，在溫度為0℃、相對(duì)濕度為85%的工況下的測(cè)試進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)的復(fù)現(xiàn)性測(cè)試。結(jié)果發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)的復(fù)現(xiàn)性較好。具體實(shí)驗(yàn)安排見(jiàn)表3-1。表3-1空氣源熱泵實(shí)驗(yàn)安排Table3-1ExperimentalplanofASHP測(cè)試階段A工況測(cè)試B工況測(cè)試C工況測(cè)試D工況測(cè)試E工況測(cè)試F工況測(cè)試G工況測(cè)試H工況測(cè)試實(shí)驗(yàn)中溫度測(cè)試由熱電偶完成。熱電偶的數(shù)據(jù)記錄是由WJK-E微機(jī)多路數(shù)據(jù)采集儀每15分鐘或是10分鐘自動(dòng)打印一次；壓力測(cè)試系統(tǒng)由人工讀取，時(shí)間間隔與熱電偶一致；壓縮機(jī)功率及室外換熱器的功率是通過(guò)測(cè)量電流得到的，電流由兩臺(tái)萬(wàn)用表測(cè)量，時(shí)間間隔與熱電偶一致。（2）WJK-E微機(jī)多路數(shù)據(jù)采集儀的初始設(shè)置。將采集儀的開(kāi)關(guān)打開(kāi)，將時(shí)間調(diào)成與手表時(shí)間一致，再將自動(dòng)打印時(shí)間間隔調(diào)成30分鐘，由于剛啟動(dòng)機(jī)器時(shí)環(huán)境小室內(nèi)的工況并沒(méi)有完全穩(wěn)定到實(shí)驗(yàn)工況，所以開(kāi)始時(shí)將自動(dòng)打印的時(shí)間間隔設(shè)置的稍長(zhǎng)一些，待正式進(jìn)入實(shí)驗(yàn)測(cè)試階段，視情況可以將自動(dòng)打印時(shí)間間隔設(shè)置成15分鐘或是10分鐘。設(shè)置完畢后，將紙帶安裝到自動(dòng)打印機(jī)中，用以實(shí)驗(yàn)時(shí)打印溫度數(shù)據(jù)。（3）濕度計(jì)的安裝。將濕度計(jì)的探頭固定到室外換熱器的進(jìn)風(fēng)側(cè)換熱面中央地位置，用以測(cè)量進(jìn)入換熱器的空氣的相對(duì)濕度。然后將顯示計(jì)通過(guò)小室墻壁的小孔放置在實(shí)驗(yàn)觀察臺(tái)上，隨時(shí)觀察室內(nèi)相對(duì)濕度的變化情況，來(lái)控制加濕器的開(kāi)關(guān)達(dá)到控制室內(nèi)相對(duì)濕度的穩(wěn)定。3.2實(shí)驗(yàn)的誤差分析人們通過(guò)對(duì)客觀事物大量的觀察和測(cè)量，形成了定性和定量的認(rèn)識(shí)，通過(guò)歸納、整理建立起了各種定理和定律，而后又通過(guò)測(cè)量來(lái)驗(yàn)證這些認(rèn)識(shí)、定理和定律是否符合實(shí)際情況。經(jīng)過(guò)如此反復(fù)實(shí)踐，逐步認(rèn)識(shí)事物的客觀規(guī)律，并用以解釋和改造世界。因此可以說(shuō)，測(cè)量是人認(rèn)識(shí)和改造世界的一種不可缺少的和替代的手段。俄國(guó)科學(xué)家門捷列夫在論述測(cè)量的意義時(shí)曾經(jīng)說(shuō)過(guò)：“沒(méi)有測(cè)量，就沒(méi)有科學(xué)”。測(cè)量方法的選擇在實(shí)驗(yàn)研究中具有重要的地位。一個(gè)物理量的測(cè)量，可以通過(guò)不同的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)，測(cè)量方法的選擇正確與否，直接關(guān)系到測(cè)量結(jié)果的可信賴程度，也關(guān)系到測(cè)量工作的經(jīng)濟(jì)性和可行性。不當(dāng)?shù)腻e(cuò)誤的測(cè)量方法，除了不能得到正確的測(cè)量結(jié)果外，甚至?xí)p壞測(cè)量?jī)x器和被測(cè)設(shè)備。有了先進(jìn)的測(cè)量?jī)x器設(shè)備，并不等于就一定能獲得準(zhǔn)確的測(cè)量結(jié)果。必須根據(jù)不同的測(cè)量對(duì)象、測(cè)量要求及測(cè)量條件，選擇正確的測(cè)量方法、合適的測(cè)量?jī)x器及構(gòu)造測(cè)量系統(tǒng)，進(jìn)行正確的操作，才能得到理想的測(cè)量結(jié)果。實(shí)驗(yàn)中有了測(cè)量就避免不了測(cè)量誤差的存在，測(cè)量誤差的存在具有必然性和普遍性，人們只能根據(jù)需要和可能，將其限制在一定范圍內(nèi)而不可能完全加以消除。人們進(jìn)行測(cè)量的目的，通常是為了獲得盡可能接近真值的測(cè)量結(jié)果，如果測(cè)量誤差超出一定限度，測(cè)量工作及由測(cè)量結(jié)果所得出的結(jié)論就失去意義。在科學(xué)研究及現(xiàn)代生產(chǎn)中，錯(cuò)誤的測(cè)量結(jié)果有時(shí)還會(huì)使研究工作誤入歧途甚至帶來(lái)災(zāi)難性的后果。因此人們不得不認(rèn)真對(duì)待測(cè)量誤差。由于實(shí)驗(yàn)方法和實(shí)驗(yàn)設(shè)備的不完善，周圍環(huán)境的影響，測(cè)量操作不熟練以及工作疏忽，或是人的觀察力、測(cè)量程序等限制，實(shí)驗(yàn)測(cè)量值和與被測(cè)量真值之間總是存在一定的差異，在數(shù)值上即表現(xiàn)為誤差。為了提高實(shí)驗(yàn)的精度，縮小實(shí)驗(yàn)觀測(cè)值和真值之間的差值，需要對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)誤差進(jìn)行分析和討論。在實(shí)驗(yàn)研究的工作中要經(jīng)常研究和改進(jìn)實(shí)驗(yàn)的物理模型和測(cè)量方法，才能得到更為準(zhǔn)確地實(shí)驗(yàn)結(jié)果；一個(gè)沒(méi)有考慮誤差大小的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，不知道準(zhǔn)確度如何的測(cè)量值，是不能說(shuō)明問(wèn)題的，有時(shí)，甚至是無(wú)用的。因此，對(duì)實(shí)驗(yàn)測(cè)試進(jìn)行合理的誤差分析是實(shí)驗(yàn)研究必不可少的一步，更是關(guān)系到實(shí)驗(yàn)研究是否成功的重要環(huán)節(jié)。誤差的來(lái)源主要有四個(gè)方面[55]：（1）儀表誤差，又稱為設(shè)備誤差，是由于設(shè)計(jì)、制造、裝配、鑒定等不完善以及儀器使用過(guò)程中元器件老化、機(jī)械部件磨損、疲勞等因素而使測(cè)量?jī)x器設(shè)備帶有誤差。減小儀表誤差的主要途徑是根據(jù)測(cè)量任務(wù)，正確選擇測(cè)量方法和使用測(cè)量?jī)x器。（2）影響誤差，是各種環(huán)境因素與要求條件不一致而造成的誤差，最主要的影響因素是環(huán)境因素、電源電壓和電磁干擾等。（3）人身誤差，主要是指由于測(cè)量者感官的分辨能力、視覺(jué)疲勞、固有習(xí)慣等對(duì)測(cè)量實(shí)驗(yàn)中的現(xiàn)象和結(jié)果判斷不準(zhǔn)確而造成的誤差，減小人身誤差的主要途徑有：提高測(cè)量者的操作技能和工作責(zé)任心；采用更合適的測(cè)量方法；采用數(shù)字顯示的客觀讀數(shù)以避免指針式儀表的讀數(shù)視察等。（4）方法誤差，即由于所使用的測(cè)量方法不當(dāng)，或?qū)y(cè)量設(shè)備操作使用不當(dāng)，或測(cè)量所依據(jù)的理論不嚴(yán)格所造成的誤差。誤差的分類主要有三類[56]：（1）系統(tǒng)誤差，是指在多次等精度測(cè)量同一恒定量值時(shí)，誤差的絕對(duì)值和符號(hào)保持不變，或當(dāng)條件改變時(shí)按照某種規(guī)律變化的誤差，系統(tǒng)誤差的主要特點(diǎn)是，只要測(cè)量條件不變，誤差即為確切的數(shù)值，用多次測(cè)量取平均值的辦法不能改變或消除系統(tǒng)誤差，而當(dāng)條件改變時(shí)，誤差也隨之遵循某種確定的規(guī)律而變化，具有可重復(fù)性。（2）隨機(jī)誤差，又稱為偶然誤差，是指對(duì)同一恒定量值進(jìn)行多次等精度測(cè)量時(shí)，其絕對(duì)值和符號(hào)無(wú)規(guī)則變化的誤差。隨機(jī)誤差的特點(diǎn)是，在多次測(cè)量中絕對(duì)值的波動(dòng)有一定的界限，即具有有界性；當(dāng)測(cè)量次數(shù)足夠多時(shí)，正負(fù)誤差出現(xiàn)的機(jī)會(huì)幾乎相同，即具有對(duì)稱性；同時(shí)隨機(jī)誤差的算術(shù)平均值趨于零，即具有抵償性。由于隨機(jī)誤差具有上述特點(diǎn)，可以通過(guò)多次測(cè)量取平均值的辦法，來(lái)減小隨機(jī)誤差對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響，或者用其他數(shù)理統(tǒng)計(jì)的方法對(duì)隨機(jī)誤差加以處理。（3）粗大誤差。在一定的測(cè)量條件下，測(cè)得值明顯地偏離實(shí)際值所形成的誤差，也稱為疏失誤差。確認(rèn)含有粗大誤差的測(cè)得值稱為壞值，應(yīng)當(dāng)剔除不用，因?yàn)閴闹挡荒芊从潮粶y(cè)量的真實(shí)數(shù)值。產(chǎn)生粗大誤差的原因有：（1）測(cè)量方法不當(dāng)或錯(cuò)誤，例如用大量程的流量計(jì)測(cè)流量；（2）測(cè)量操作疏忽和失誤，例如未按規(guī)程操作，讀錯(cuò)讀數(shù)或單位，或記錄及計(jì)算錯(cuò)誤等；（3）測(cè)量條件的突然變化，例如電源電壓突然增高或降低，雷電干擾、機(jī)械沖擊等引起的測(cè)量?jī)x器示值的劇烈變化。由于粗大誤差比較容易判斷，對(duì)某一物理量的測(cè)量數(shù)據(jù)分析時(shí)，細(xì)心觀察數(shù)據(jù)的變化規(guī)律，能夠比較容易的發(fā)現(xiàn)異常的數(shù)據(jù)，在對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行數(shù)據(jù)處理前，必須先行剔除。隨機(jī)誤差產(chǎn)生于眾多因素的微小波動(dòng)，這些影響既難發(fā)現(xiàn)又難排除，是伴隨整個(gè)測(cè)量過(guò)程不能消除的誤差。其具有隨機(jī)變量的一切特征，所以我們須采用數(shù)理統(tǒng)計(jì)的方法，以判斷它對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響。這也是分析誤差的重點(diǎn)所在。測(cè)量物理參數(shù)：溫度、相對(duì)濕度、電流和壓力。（1）二等水銀溫度誤差分析熱電偶實(shí)驗(yàn)裝置中的冰瓶的溫度由二等水銀溫度計(jì)測(cè)量的，二等水銀溫度計(jì)是由一等水銀溫度計(jì)標(biāo)定的，最小分度值為0.1℃。通過(guò)對(duì)二等水銀溫度計(jì)的標(biāo)定可知其修正后的絕對(duì)誤差為0.002℃；設(shè)讀數(shù)視差為溫度計(jì)的最小分度值的1/2，即一次讀數(shù)的視差為0.05℃?？偟淖畲蠼^對(duì)誤差為0.052℃，滿足冰瓶中的溫度在0±0.1℃范圍內(nèi)的要求。（2）熱電偶的測(cè)溫誤差分析根據(jù)WJK-E微機(jī)多路數(shù)據(jù)采集儀的功能參數(shù)，測(cè)量范圍：－40～＋100℃；準(zhǔn)確度：≤0.3℃；誤差：0.5％；滿足實(shí)驗(yàn)中溫度的允許誤差。（3）相對(duì)濕度測(cè)量誤差實(shí)驗(yàn)中的相對(duì)濕度的測(cè)量采用TES-1365型溫濕度計(jì)，儀器的準(zhǔn)確度為：在溫度為25℃時(shí)，相對(duì)濕度范圍為30%～95%時(shí)，相對(duì)濕度的測(cè)量準(zhǔn)確度為±3%；在溫度為25℃時(shí)，相對(duì)濕度范圍為10%～30%時(shí)，相對(duì)濕度的測(cè)量準(zhǔn)確度為±5%。本實(shí)驗(yàn)所有工況的相對(duì)濕度均在30%～95%范圍內(nèi)，所以濕度計(jì)的準(zhǔn)確度完全滿足實(shí)驗(yàn)需求。（4）電流測(cè)量誤差實(shí)驗(yàn)中電流測(cè)量選用UT70B型數(shù)字萬(wàn)用表，準(zhǔn)確度為±1%，其中壓縮機(jī)的電流測(cè)試范圍為4A，根據(jù)儀表性能指標(biāo)，此范圍內(nèi)測(cè)試的分辨率力為10mA，準(zhǔn)確度為±（2.5%+5）；室外換熱器的電流測(cè)試范圍為400mA，儀表在此范圍內(nèi)的分辨力為100μA，準(zhǔn)確度為±（2%+5）。（5）壓力測(cè)量誤差實(shí)驗(yàn)中壓力測(cè)量采用0.25級(jí)精密彈簧管式壓力表，量程為2.5MPa，分度值為0.01MPa，實(shí)驗(yàn)中壓縮機(jī)吸氣壓力范圍為0.2MPa～0.5MPa；排氣壓力范圍1.4MPa～1.9MPa。對(duì)于0.25級(jí)的壓力表產(chǎn)生的最大絕對(duì)誤差如下式：Δxm=γm?xm=±0.25×2.5=0.00625Mpa（3-1）100按照誤差整量化原則，認(rèn)為該量程內(nèi)絕對(duì)誤差Δxm=0.00625Mpa上述兩個(gè)壓力范圍內(nèi)的相對(duì)誤差如下：ΔxΔx0.00625γx1=×100%=m×100%=×100%=3.125%（3-2）0.2x1x1γx=2ΔxΔx0.00625×100%=m×100%=×100%=1.25%（3-3）0.5x2x2ΔxΔx0.00625×100%=m×100%=×100%=0.446%（3-4）1.4x3x3ΔxΔx0.00625×100%=m×100%=×100%=0.329%（3-5）1.9x4x4γx=3γx=4計(jì)算得出測(cè)量吸氣壓力時(shí)相對(duì)誤差范圍為1.25%～3.125%，測(cè)量排氣壓力時(shí)相對(duì)誤差范圍為0.329%～0.446%。在實(shí)驗(yàn)測(cè)量工作中，往往在實(shí)驗(yàn)測(cè)量裝置的設(shè)計(jì)和安裝時(shí)，就應(yīng)盡量減少產(chǎn)生系統(tǒng)誤差的可能；其次，測(cè)量結(jié)果處理時(shí)，還需針對(duì)系統(tǒng)誤差的不同規(guī)律，恰當(dāng)?shù)剡M(jìn)行數(shù)據(jù)處理，以最大限度地消除系統(tǒng)誤差對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響。一般的處理原則和措施如下：（1）對(duì)所有使用的儀器應(yīng)按期嚴(yán)格鑒定；必須在規(guī)定的使用條件下，按操作規(guī)程正確的使用。（2）對(duì)于確知存在而又無(wú)法消除的系統(tǒng)誤差，需正確地進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。方法參見(jiàn)資料[57]。（3）盡可能排除實(shí)驗(yàn)裝置中可能產(chǎn)生系統(tǒng)誤差的因素。如用功率表測(cè)量電功率時(shí)，電源的穩(wěn)定性十分重要，為此，應(yīng)使電源穩(wěn)壓；熱電偶的冷端為參考端時(shí)，對(duì)冰點(diǎn)瓶?jī)?nèi)部存在的垂直溫差和水平溫差就應(yīng)十分注意，才可提高熱電偶測(cè)溫的精度。3.3實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的合理性檢驗(yàn)合理性檢驗(yàn)的目的是將測(cè)量列中可能存在的壞值剔除。其基本思想是，如果將測(cè)量列看作是服從某一分布（多數(shù)是正態(tài)分布）的隨機(jī)變量，當(dāng)絕對(duì)值大的誤差出現(xiàn)在規(guī)定置信概率的區(qū)間以外時(shí)，即判為是粗大誤差，該測(cè)量值應(yīng)剔除。本實(shí)驗(yàn)采用格拉布斯準(zhǔn)則的方法剔除粗大誤差或者壞值。具體方法如下：設(shè)對(duì)某物理量進(jìn)行n次重復(fù)x1,x2,L,xn，算術(shù)平均值為1n=∑xi（3-6）ni=1測(cè)量值與平均值之差稱為殘余誤差或殘差，用υi表示，即υi=xi?(i=1,L,n（3-7）測(cè)量列的標(biāo)準(zhǔn)差σ=（3-8）若某測(cè)量值xd殘差絕對(duì)值d>λ(α,n時(shí)，則判為壞值。其中，n為測(cè)量次數(shù)，α為給定允許發(fā)生判斷錯(cuò)誤的概率，稱為可信度，通常取5％或1％，λ(α,n為格拉布斯系數(shù)[58]，見(jiàn)表3-3。表3-3格拉布斯系數(shù)Table3-3Grubbsfractionsrelatedwith=0.01=0.05αandn=0.01=0.05=0.01=0.052.552.29212.612.33222.662.37232.702.41242.742.44252.782.47302.822.50352.852.53402.882.565031.151.151241.491.461351.751.671461.911.821572.101.941682.222.031792.322.1118102.412.1819112.482.24202.912.582.942.602.962.622.992.643.012.663.102.74