一种空调区域热性能测试方法及系统

技术领域

本发明涉及空调性能测试技术领域，特别是涉及一种空调区域热性能测试方法及系统。

背景技术

随着科技水平的迅猛发展，人们生活质量的逐步提升，使得人们对所处的室内环境要求越来越高，对室内热环境及热舒适性的关注度不断增强。现代人们在室内度过的时间很长，因而一个舒适的室内环境不仅确保人体的健康，且一个舒适宜人的室内环境还会让人保持一个较高的学习、工作效率。因此研究室内热环境与人体舒适性是很有必要的。

关于空调区域热性能测试系统已有较多文献公开，但是并没有将测试系统便于调节与通过涡流管进行空调环境模拟进行有效结合。如中国专利申请CN207881953U，该专利方案通过活动板将实验室分为室外侧和室内侧，从而调节测试区域范围。又如中国专利申请CN109580262A，该专利可根据空调出风口的尺寸来调节风速传感器的位置分布，读取每个测试区域的风速数据，有效测试出风口出风情况的整体分布情况。

基于上述描述，现有的空调区域热性能测试系统虽然采用活动板机和风速传感器来控制测试区域大小和测试区域内的风速情况，但并不能根据模拟对象进行准确的空间布局及室内热性能的数据采集。因此，提供一种能够根据模拟对象进行准确的空间布局及室内热性能的数据采集的空调区域热性能测试系统，成为本领域亟待解决的技术难题。

发明内容

为解决现有技术存在的上述问题，本发明提供了一种空调区域热性能测试方法及系统。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种空调区域热性能测试方法，包括：

获取待模拟房间的几何尺寸和送风参数；所述送风参数包括：送风口温度和流速；

基于所述几何尺寸和所述送风参数确定空调区域模型的面板尺寸以及送风口流速和温度，完成空调区域模型的搭建；

采用搭建好的所述空调区域模型利用变量条件下检测的温度和风速完成空调区域热性能测试。

可选地，基于所述几何尺寸和所述送风参数由公式

式中，a

可选地，搭建所述空调区域模型的过程包括：

将下面板固定安装于调节架上；

将左面板和右面板依次固定安装到调节架上，再将上面板固定安装在左面板的顶部和右面板的顶部；

将热电偶和热敏式风速仪单元放置在上面板和下面板之间；

将前面板和后面板固定安装至调节架上；

将涡流管和温度控制器安装在由上面板、左面板、下面板、右面板、前面板以及后面板形成的箱体外；

将挡板放置在由上面板、左面板、下面板、右面板、前面板以及后面板形成的箱体中，以模拟不同位置家具对空调区域气流分布的影响；

涡流管与送风口之间通过风管连接，并在风管的设定位置处安装风量调节阀、温度传感器和风速传感器，以得到空调区域模型。

可选地，在完成所述空调区域模型的搭建后，采用隔热材料填充所述空调区域模型的各个缝隙。

一种空调区域热性能测试系统，包括：空调区域模型和计算机；

所述空调区域模型包括：箱体、调节架、挡板和热电偶、热敏式风速仪单元、涡流管、送风口、温度控制器、风量调节阀、温度传感器、风速传感器；

所述送风口设置在所述箱体上；所述热电偶、所述热敏式风速仪单元、所述温度控制器、所述风量调节阀、所述温度传感器、所述风速传感器均设置在所述箱体中；涡流管与送风口之间通过风管连接，所述涡流管设置在所述箱体外；所述涡流管上设置有涡流管控制阀；所述风管上设置有截止阀；风量调节阀、温度传感器和风速传感器均安装在所述风管的设定位置处；所述箱体安装在所述调节架上；所述挡板放置于所述箱体中，用于模拟家具不同位置对空调区域气流分布的影响；

所述热电偶、所述热敏式风速仪单元、所述涡流管、所述温度控制器、所述风量调节阀、所述温度传感器、所述风速传感器均与所述计算机相连接；

所述计算机用于确定温度和风速，并将温度及风速反馈到温度控制器，温度控制器将调整信号发送到涡流管控制阀，涡流管控制阀对输入涡流管的气流进行能量分离；所述计算机驱动风管上截止阀的电磁铁进行动作，以将冷/热气流输送到所述箱体内；温度传感器和风速传感器用于对输入的冷/热气流的温度和风速进行实时检测，并输出至所述计算机，经所述计算机反馈于温度控制器和风量调节阀，以对温度和风速进行实时调整。

可选地，所述箱体包括：上面板、左面板、下面板、右面板、前面板和后面板；

所述调节架的底部的四个拐角均设置有挡板；所述调节架的前后左右均设置有卡槽；

所述下面板固定安装在调节架底部的四个拐角挡板处；

所述左面板和所述右面板依次固定安装到调节架左右两侧的卡槽中；

所述上面板固定安装在所述左面板和所述右面板的顶部；

所述前面板和所述后面板固定安装至调节架前后的卡槽内。

可选地，所述上面板、所述左面板、所述下面板、所述右面板、所述前面板和所述后面板均通过螺母与所述调节架固定连接；所述上面板、所述左面板、所述下面板、所述右面板、所述前面板和所述后面板均为隔热板。

可选地，调节架通过螺母与螺杆调整水平方向的尺寸。

可选地，所述热电偶和所述热敏式风速仪单元设置在格网上，且格网上的每个网格节点处均设置一个热电偶和一个热敏式风速仪；所述格网的中心位置处焊接有三脚架；所述三脚架用于调节所述格网的竖直角度和水平位置；

在所述空调区域热性能测试系统搭建完成后，所述热电偶和所述热敏式风速仪单元格网将实时测量和记录各测点空气温度和风速，并上传至计算机，将测得的数据经公式

式中，λ

可选地，所述送风口设置在所述上面板和所述前面板上。

根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：

本发明通过基于待模拟房间的几何尺寸和送风参数完成空调区域模型的搭建，能够实现对不同空间布局的房间进行热性能测试，进一步提高空调系统对人体舒适度的影响。并且，基于搭建的这一空调区域模型能够模拟研究室内速度分布、温度分布情况及其分布规律，进行准确的空间布局及室内热性能的数据采集，以便于分析室内人员的热舒适性情况，精确的对不同空间布局房间进行热性能测试，进而为评价空调热舒适性提供研究方法及手段。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明提供的空调区域热性能测试方法的流程图；

图2为本发明提供的空调区域模型的平面布置示意图

图3为本发明提供的涡流管控制示意图；

图4为本发明提供的网状热电偶和热敏式风速仪单元的分布示意图；

图5为本发明提供的空调区域热性能测试系统的结构示意图；

图6为本发明前面板或上面板上送风口的分布结构示意图；

图7为本发明提供的空调区域模型的尺寸及送风参数计算流程图。

标号说明：

100、调节架；101、下面板；102、前面板；103、左面板；104、后面板；105、右面板；106、上面板；201、螺母；202、螺母；203、网状热电偶和热敏式风速仪单元；204、挡板；205、螺母；206、螺母；207、卡槽；301、涡流管；302、温度控制器；303、巡检仪；304、涡流管控制阀；400、计算机；401、风量调节阀；402、温度传感器；403、风速传感器；501、截止阀；502、截止阀；503、截止阀；504、截止阀；505、送风口；506、柜门；507、三脚架。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的是提供一种空调区域热性能测试方法及系统，能够进行准确的空间布局及室内热性能的数据采集，进而能够精确的对不同空间布局房间进行热性能测试。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

如图1所示，本发明提供的空调区域热性能测试方法，包括：

步骤100：获取待模拟房间的几何尺寸和送风参数。送风参数包括：送风口温度和流速。

步骤101：基于几何尺寸和送风参数确定空调区域模型的面板尺寸以及送风口流速和温度，完成空调区域模型的搭建。其中，搭建得到的空调区域模型如图2和图5所示。

在实际应用过程中，基于几何尺寸和送风参数由如下公式(1)～公式(7)确定待搭建面板尺寸以及送风口流速和温度。其中，公式(1)是确定几何相似的，公式(2)～公式(7)是确定动力相似的。

Re

公式(2)即为：

Ar

公式(5)即为：

T

式中，a

步骤102：采用搭建好的空调区域模型利用变量条件下检测的温度和风速完成空调区域热性能测试。

进一步，为了使得空调区域模型与原型即待模拟房间在对应瞬间、对应点上受重力、粘性力和惯性力等方面形成同一比例，使空调区域模型与原型的气流分布相同，进而使得检测空调区域热性能模拟的数据更加准确，为空调系统设计人员提供参考意见，提高空调区域人员的舒适度。本发明搭建空调区域模型的过程包括：

S1、将下面板101安装于调节架100上，通过旋紧螺母201、螺母202、螺母205和螺母206进行固定。

S2、将左面板103和右面板105依次安装到调节架100左右两侧卡槽里并进行固定，再将上面板106安装在左右面板顶部并固定。

S3、将网状热电偶和热敏式风速仪单元203放置在上下面板之间，并将所有热电偶和风速仪接线引出至空调区域模型外。

S4、将挡板204放置在下面板上适当位置，将前面板102和后面板104安装至调节架100前后的卡槽内，并对安装空调区域模型过程中产生的缝隙利用隔热材料填充。

S5、将涡流管301和温度控制器302安装在空调区域模型装置外。

S6、涡流管301与送风口505之间通过风管连接，并在送风口风管处安装风量调节阀401、温度传感器402和风速传感器403。

S7、将网状热电偶和热敏式风速仪单元203、温度传感器402和风速传感器403连接至计算机400。

在实际应用过程中，可以先将箱体下面板101安装到调节架100底部四个拐角挡板处，并通过旋紧螺母201、螺母202、螺母205和螺母206固定下面板。其次，将左面板103和右面板105依次安装到调节架100左右两侧卡槽里并进行固定，再将上面板106安装在左右面板顶部并固定。然后，将网状热电偶和热敏式风速仪单元203放置在箱体内人员活动区域处，用于测量该区域的空气温度和风速。后将挡板204放置于与实际房间位置相似处，用于模拟家具不同位置对空调区域气流分布的影响。最后将前面板102和后面板104安装至调节架100前后的卡槽内，并对安装空调区域模型过程中产生的缝隙利用隔热材料填充，以保证空调区域模型的密闭性。

进一步，为了满足不同尺寸空调区域模型面板的安装，便于测试不同尺寸房间的空调区域热性能，调节架100可通过螺母201、螺母202、螺母205和螺母206与螺杆的旋紧和拧松调整水平方向的尺寸大小。

进一步，下面板101、前面板102、左面板103、后面板104、右面板105和上面板106都可以是隔热面板。

在实际应用过程中，箱体各面板也可以预制成不同保温性能材料的面板。通过调节架100松紧螺母就可以实现面板的更换，便于探究不同保温材料面板对空调区域人员舒适度的影响。

进一步，如图6所示，可以在上面板106和前面板102上预留多个送风口505，并在每个送风口处通过铰链连接配套安装柜门506，在模拟房间实际送风口位置对空调区域人员舒适度影响的同时，可安装不同形式的送风口和改变送风口位置，用于测试不同形式送风口和送风口位置不同对于空调区域人员舒适度的影响，为设计更符合人员舒适度的空调系统提供参考。

进一步，箱体内热电偶和热敏式风速仪单元203设置在格网上，呈平面型网格状分布，格网上的每个网格节点上均布置一个热电偶和热敏式风速仪，并与计算机相连。且如图4所示，可以在格网底部的中央位置处焊接有三脚架507，通过三脚架507调节支架角度和水平放置位置，改变热电偶和热敏式风速仪单元的水平位置和竖直高度，用于测量空调区域模型内人员活动区域不同空间位置的温度和风速，并实时记录、上传至计算机。

在所述空调区域热性能测试系统搭建完成后，将热电偶和热敏式风速仪单元测得的数据经公式(8)～公式(10)确定待模拟房间在该送风条件下各对应测点的实际空气温度和风速。

由公式Ar

T'

式中，v

进一步，涡流管301放置在箱体外，通过风管将涡流管冷端和热端分别与送风口连接，并在送风口处风管上安装风量调节阀401、温度传感器402和风速传感器403，并与计算机相连，用于测量送风风量和温度是否与设定温度相同。

进一步，涡流管301的热端出口分别通过带有截止阀501的管段一与外界环境直接相连和带有截止阀502的管段二经风量调节阀401、温度传感器402及风速传感器403与送风口505相连。涡流管301的冷端出口分别通过带有截止阀503的管段一与外界环境直接相连和带有截止阀504的管段二经风量调节阀401、温度传感器402及风速传感器403与送风口505相连，将冷/热气流直接送入模型箱体内。通过调节截止阀启闭实现对空调区域的制冷或制热。其中，涡流管的具体控制方式如图3所示。

进一步，通过涡流管301进行送风温度和风量控制，具体的：

由公式(1)～公式(7)可知空调送风口温度和风速，通过计算机400将计算得到的温度及风速信号反馈到温度控制器302，温度控制器302将调整信号发送到涡流管控制阀304，对输入涡流管的高速气流进行能量分离，实现对输出参数包括输出高低温度气体温度、流量的调整，并驱动风管上截止阀的电磁铁相应动作，将冷/热气流输送到空调区域内，同时根据风管上的温度传感器402和风速传感器403对输入的冷/热气流的温度和风速进行实时检测并记录，并输出至计算机400，经计算机反馈于温度控制器302和风量调节阀401，用于对送风温度和风速进行实时调整。

基于上述描述，本发明还提供了一种空调区域热性能测试系统，如图5所示，该系统包括：空调区域模型和计算机400。空调区域模型的具体结构和计算机的工作原理可参见上述描述。

进一步，以进行夏季空调区域热性能测试为例，对本发明上述提供的方案的具体实现过程进行说明。

该实施例中，先根据需要模拟的空调区域实际尺寸大小、送风参数等信息，根据公式(1)～公式(7)确定空调区域模型的尺寸参数和送风参数，保证实际空调区域与空调区域模型内的气流分布相同，这一计算流程如图7所示。

如图2和图5所示，本实施例中空调区域模型包括由周边活动安装的隔热面板围成的箱体，其中箱体由下面板101、前面板102、左面板103、后面板104、右面板105和上面板106六块隔热面板组成，且箱体各面板预制有不同保温性能材料的面板，通过调节架100松紧螺母以便更换面板，以探究不同保温材料面板对空调区域人员舒适度的影响。箱体内设置有网状热电偶和热敏式风速仪单元203，网状热电偶和热敏式风速仪单元203呈平面型网格状分布，并与计算机相连，具体与巡检仪303连接后再与计算机400相连，实现计算机系统数据采集。网状热电偶和热敏式风速仪单元203在水平和竖直方向上与隔热面板的间距均可调节，以实时记录并上传空调区域模型内不同位置的温度和风速。

如图2所示，本实施例中空调区域模型的箱体可根据模拟的空调区域不同通过公式(1)计算确定不同尺寸的隔热板，组装可以形成不同尺寸结构的可变箱体，具体的箱体可通过旋紧螺母201、螺母202、螺母205和螺母206调整调节架100水平方向的尺寸大小，以满足不同尺寸的空调区域模型的安装。箱体下面板101安装到调节架100底部四个拐角挡板处，并通过旋紧螺母201、螺母202、螺母205和螺母206固定面板，前面板102、左面板103、后面板104和右面板105分别对应嵌入调节架100四周的卡槽207内安装，并通过螺钉固定。挡板204放置在箱体内，用于模拟家具不同位置对空调区域气流分布的影响。

如图6所示，本实施例中空调区域模型包括由周边活动安装的隔热面板围成的箱体，在上面板106和前面板102上预留多个送风口505，并在每个送风口处通过铰链连接配套安装柜门506，在模拟房间实际送风口位置对空调区域人员舒适度影响的同时，可安装不同形式的送风口和改变送风口位置，用于测试不同形式送风口和送风口位置不同对于空调区域人员舒适度的影响，为设计更符合人员舒适度的空调系统提供参考。

如图4所示，本实施例中网状热电偶和热敏式风速仪单元203呈平面型网格状分布，每个网格节点上均布置一个热电偶和热敏式风速仪，并与计算机相连。且在其底部中央焊接有三脚架507，通过三脚架507调节支架角度和水平放置位置，改变热电偶和热敏式风速仪单元的水平位置和竖直高度，用于测量模型内人员活动区域不同空间位置的温度和风速，并实时记录、上传至计算机。在空调区域热性能测试系统搭建完成后，将热电偶和热敏式风速仪单元测得的数据经公式(8)～公式(10)确定待模拟房间在该送风条件下各对应测点的实际空气温度和风速。

如图3所示，本实施例中涡流管301放置在箱体外，通过风管将涡流管冷端和热端分别与送风口连接，并在送风口处风管上安装风量调节阀401、温度传感器402和风速传感器403，并与计算机相连，用于测量送风风量和温度是否与设定温度相同。具体的涡流管301的冷端出口分别通过带有截止阀503的管段一与外界环境直接相连和带有截止阀504的管段二经风量调节阀401、温度传感器402及风速传感器403与送风口相连，其中截止阀503处于关闭状态，截止阀504处于开启状态，而与涡流管301热端相连的两个截止阀501和502均处于关闭状态，用与将涡流管301冷端的冷气流直接送入模型箱体内。

本实施例中通过涡流管301进行送风温度和风量控制：由公式(1)～公式(7)可知空调送风口温度和风速，将计算得到的温度及风速信号反馈到温度控制器302，温度控制器302将调整信号发送到涡流管控制阀304，对输入涡流管的高速气流进行能量分离，实现对输出参数包括输出高低温度气体温度、流量的调整，并驱动风管上截止阀的电磁铁相应动作，将冷气流输送到空调区域内，同时根据风管上的温度传感器402和风速传感器403对输入的冷气流的温度和风速进行实时检测并记录，并输出至计算机，经计算机反馈于温度控制器302和风量调节阀401，用于对送风温度和风速进行实时调整。

本实施例的空调区域热性能测试系统，利用上述空调区域模型，按照以下步骤进行测试：

S1、选取尺寸满足运动相似的空调区域模型面板。

S2、将下面板101安装于调节架100上，通过旋紧螺母201、螺母202、螺母205和螺母206进行固定。

S3、将左面板103和右面板105依次安装到调节架100左右两侧卡槽里并进行固定，再将上面板106安装在左右面板顶部并固定。

S4、将网状热电偶和热敏式风速仪单元203放置在上下面板之间，并将所有热电偶和风速仪接线引出至空调区域模型外。

S5、将挡板204放置在下面板上适当位置，将前面板102和后面板104安装至调节架100前后的卡槽内，并对安装空调区域模型过程中产生的缝隙利用隔热材料填充。

S6、将涡流管301和温度控制器302安装在空调区域模型装置外。

S7、涡流管301与送风口505之间通过风管连接，并在送风口风管处安装风量调节阀401、温度传感器402和风速传感器403。

S8、将网状热电偶和热敏式风速仪单元203、温度传感器402和风速传感器403连接至计算机400。

S9、利用变量条件下检测的温度和风速数据，进行空调区域舒适度分析。

基于上述描述，本发明操作简单易懂，得到的空调区域温度和风速分布数据可有效预测空调区域热舒适性，以及测试不同材料墙体的热性能，实际应用前景广泛，且试验成本低，能够模拟多因素条件下空调区域温度场和速度场，试验结果可信度高。

网状热电偶和热敏式风速仪单元呈水平放置，并通过调节三脚架支架角度调整其水平高度，有利于全面有效测量箱体内空间的温度分布和速度分布，测温原理简单且抗干扰能力强，测温点可实现连续、稳定测量。

利用本实施例的方法得到空调区域温度场和速度场数据，可为空调设计人员提供参考意见，进一步提高空调区域内人员的舒适度。

进一步，以冬季空调区域热性能测试为例，对本发明上述提供的方案的具体实现过程进行说明。

本实施例同上述冬季空调区域热性能测试用例，具体在本实施例中，涡流管301的热端端出口分别通过带有截止阀501的管段一与外界环境直接相连和带有截止阀502的管段二经风量调节阀401、温度传感器402及风速传感器403与送风口相连，其中截止阀501处于关闭状态，截止阀502处于开启状态，而与涡流管301冷端相连的两个截止阀503和截止阀504均处于关闭状态，用与将涡流管301热端的冷气流直接送入模型箱体内。根据空调区域热性能测试装置内的温度分布和风速分布，进一步提高空调区域内人员的舒适度。

基于上述描述，本发明可实现对不同空间布局的房间进行热性能测试，进一步提高空调系统对人体舒适度的影响。通过研究室内速度分布、温度分布情况及其分布规律，分析室内人员的热舒适性情况，以及测试不同材料墙体的热性能，为评价办公室空调热舒适性提供了研究方法及手段。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。