关于一拖多空调环境温度检测准确性优化的研究.pdf

2212023中国家电科技年会论文集0 引言空调器所处环境温度和用户设定温度是空调器最重要的两个外部输入参数，空调器通过计算参数，调整运行状态。环境温度检测结果很大程度上影响用户舒适性，因此保证温度检测的准确性成为提高用户舒适性的研究方向之一1-3。王战备4设计了一种对环境温度要求严格的适用于小型建筑的室内温度多点检测系统，通过系统功能的实验室测试表明该系统能够实现小型区域内的多点温度检测与温度超限报警。卢小平等5从分体式空调器室内机的摆放位置对室内温度和速度分布的影响情况出发展开了研究。室内机摆放位置不同，室内温度和速度的分布情况也会有所不同，且布置室内机位置时需要同时考虑室内物品摆放位置和工作区位置的影响。李朝妹等6对分体式空调器安装位置进行了更深入的研究，运用Fluent模拟软件对某办公建筑夏季工况下空调放在不同位置时的气流组织进行模拟分析，通过得出的温度场确定了该办公建筑的空调最佳安装位置。此外，还有遥控器体感温度、红外温度探测7等方法。但这些检测方法均存在成本高昂、使用场景局限等缺点，因此作者简介：王兆林，研究方向：制冷空调。E-mail：。关于一拖多空调环境温度检测准确性优化的研究王兆林1,2 苗清波1,2 陈日帅1,2 王志刚1,2 蒋贤国1,2 吴林涛1,21.海信家电集团股份有限公司 山东青岛 266100；2.海信空调有限公司 山东青岛 266100摘 要：空调器的作用是通过调节室内温湿度达到设定标准，满足用户对室内环境的舒适要求。目前市场上的一拖多空调器因温度传感器检测值存在较大偏差，导致部分内机制热运行达温自动关机，室温降低后空调器无法启动，降低用户舒适性的问题。针对此问题进行深入研究，分析环境温度检测偏差的原因，提出传感器安装位置改善措施并对其进行实验验证。结果表明，传感器位于远离盘管的空调器右侧可减少温度检测受到的干扰，在室温降低后空调器可正常启动，提高用户舒适性。关键词：环境温度；温度传感器；检测；空调器Research on optimizing the accuracy of free match air conditioning environmental temperature detectionWANG Zhaolin1,2 MIAO Qingbo1,2 CHEN Rishuai1,2 WANG Zhigang1,2 JIANG Xianguo1,2 WU Lintao1,21.Hisense Home Appliances Group Co.,Ltd.Qingdao 266100;2.Hisense Air Conditioning Co.,Ltd.Qingdao 266100Abstract:The function of an air conditioner is to meet the users comfort requirements for the indoor environment by adjusting the indoor temperature and humidity to meet the set standards.At present,there is a significant deviation in the temperature sensor detection value of the one to many air conditioners on the market,which leads to some indoor unit automatically turning off when the hot running temperature reaches the desired temperature.After the room temperature drops,the air conditioner cannot start,reducing user comfort.Conducts in-depth research on this issue,analyzes the reasons for environmental temperature detection deviation,proposes improvement measures for sensor installation position,and conducts experimental verification.The results indicate that the sensor located on the right side of the air conditioner far from the coil can reduce interference in temperature detection,and the air conditioner can start normally after the room temperature drops,improving user comfort.Keywords:Ambient temperature;Temperature sensor;Test;Air conditioner中图分类号：TB6 DOI:10.19784/ki.issn1672-0172.2023.99.050222 2023中国家电科技年会论文集内机内置传感器仍为空调器使用最广泛的感温装置。对于一拖多空调器，制热时制冷剂流向如图1所示，其控制方法为当部分房间温度达到设定值时，室内机风扇停止运行，电子膨胀阀保持开启状态，制冷剂继续流动。当室内热量自然流失，室内温度低于设定温度时，此时温度传感器受到高温制冷剂影响，检测到的环境温度远高于实际室内温度，导致内机温控停机后无法启动，致使房间温度过低，降低用户体验感。图1 一拖二空调制热制冷剂流向图基于上述一拖多空调器温度检测问题的现状，本文对传感器检测偏差原理进行理论分析，提出改善措施，并以一拖多挂机为例进行实际测试，记录温控停机前后环境温度传感器检测准确性，验证改善方案。1 环境温度检测失真原因分析空调器作为调节空气状态的设备，具有检测外部环境的功能，所依赖的检测设备为传感器。传感器与周围环境达到热平衡，将热信号转化为电信号，送至空调控制中枢进行调控。因此，影响传感器检测温度的主要因素为周边环境与传感器之间的换热。根据传热学原理，传感器与环境间热量传递主要以热对流和热辐射的形式进行，当风扇停止时，空气的热传导对热对流过程影响较大。空气中热传导微分方程以式（1）表示，热对流以式（2）（3）计算，热辐射以式（4）计算8。（1）式中：为空气密度（单位：kgm-3）；c为空气比热容（单位：Jkg-1K-1）；为温度对时间微分；为热流密度；为导热系数与温度的拉普拉斯算子乘积。（2）Q=qA （3）式中：q为热流密度，指单位面积、单位时间内换热量（单位：Wm-2）；h为对流传热系数，指流体与固体表面之间的换热能力，可由经验公式计算（单位：Wm-2K）；tw和t分别为固体与流体的温度（单位：K）；A为换热面积（单位：m2）。（4）式中：q为热流密度，为物体表面发射或吸收的辐射能量（单位：Wm-2）；为斯托克斯常数（值为5.6710-8 Wm-2K4）；为表面反射率，01；A为物体表面积（单位：m2）；T为表面温度（单位：K）。当空调器运行时，环境温度传感器放置于回风口，其周围空气温度等同于外界空气温度，传感器受到的干扰大多来自于盘管与传感器间辐射换热，以盘管45，传感器25为例，根据式（3）算得热流密度约为132A，此数值较稳定，可以通过增加温度补偿进行修正。空调器停止吹风，盘管中仍有制冷剂流动时，盘管作为热源，与传感器进行自由对流与辐射换热。根据式（1）（2）（3），空间将形成以盘管为中心，无限远处为环温的均匀温度分布场，如图2所示。与盘管距离越近，温度越趋近于盘管温度，且随时间推移，温度场内平均温度逐渐接近于盘管温度。综上所述，空调制热停机时，制冷剂继续流动，温度传感器受盘管高温影响，检测到的温度大幅度上升。当室内热量自然流失，温度低于设定温度时，温度传感器所检测的环温远高于实际室内温度，影响实际使用。若传感器位于远离传感器的右侧，则对流换热和辐射换热数值将大幅度降低，从而提高检测稳定性。2 实验设备及实验方案为验证理论分析及推测，分别设计了温度检测准确性对比实验与用户体验模拟测试，具体实验安排如下所示。2.1 温度检测对比性实验设计本项实验测试地点选择焓差室，采用一台外机搭配四台内图2 停机后盘管周围温度场 2232023中国家电科技年会论文集机，为验证理论分析内容，对样机进行右侧开口改造，放置热电偶（如图3）。内外机具体情况如表1所示。焓差室内样机摆放位置如图4所示。a)环温传感器放置位置 b)右侧开口位置图3 内机结构图 a)A机（上）、B机（下）b)外机 c)C机（上）、D机（下）图4 焓差室样机摆放图 表1 温度检测性对比实验所用样机样机编号样机容量样机形式样机改动外机42 K一拖四/内机A18 K挂机右侧开口，并放置热电偶内机B10 K挂机/内机C10 K挂机右侧开口，并放置热电偶内机D10 K挂机右侧开口，并放置热电偶设定AB机室内环境工况维持28，空调器设定温度为31，使AB机处于制热开机状态。CD机室内环境温度分别设置28、26、24、22，空调器设定温度比环境温度高1，保证CD机处于温控停机状态。CD机制热温控停机程序设定为：内机达温停机后，若其他内机还在运转，则温控停机的内机风扇停止15 min，而后强制高风启动2 min，往复循环。2.2 用户体验模拟实验本项实验测试地点选择用户体验实验室，采用一台外机，搭配三台内机。使用样机分别为2.1中B、C、D机。用户体验实验室样机放置情况如图5所示。样机改动如表2所示。本实验分别对两种传感器安装位置进行测试。空调右侧传感器位置与图3 b)中热电偶放置位置相同。其中B机作为搭配挂机，全程处于关机状态。中部传感器位置用户体验测试方法为：设定室外为7/6，C、D机均设定室内温度为31，待D机室内平均温度达到20时，将D机设定温度改为19，记录实验数据。新传感器位置用户体验模拟方法为：将D机传感器改到右侧，设定室外为7/6，C、D机均设定室内温度为31，待D机室内平均温度达到20时，将D机设定温度改为19，记录实验数据。2.3 其他运行状态下，不同位置检测温度对比2.1、2.2节仅针对制热工况，为保证结果的可靠性及普适性，对其余运行工况进行测试，实验所用实验室和设备与2.1节相同，空调器设置方法如表3所示。除自由温升和自由温降外，其余实验房间温度均由工况机控制，室内温度范围为1630，参数稳定后进行读数。自由温升实验，室内初始环境温度为16，由空调器自由制热，室内温度升至30后结束实验。自由温降实验，室内初始环境温度为30，由空调器自由制冷，室内温度降至16后结束实验。a)B机（左）、D机（右）b)外机（左）图5 用户体验实验室样机摆放图表2 用户体验模拟实验所用样机样机编号样机容量样机形式样机改动外机27 K一拖三/内机B10 K挂机（不开机）/内机C10 K挂机右侧开口，并放置热电偶内机D10 K挂机传感器置于中部，后改为右侧表3 温度准确性对比实验方法实验类型实验方法静置空调器关闭，环温由工况机控制送风空调器为送风模式，环温由工况机控制制冷空调设置制冷18，环温由工况机控制冻结遮住回风口，设置制冷18，环温由工况机控制制冷关机部分空调设置制冷30，环温由工况机控制制热关机部分空调设置制热18，环温由工况机控制自由温升空调设置制热30，工况机关闭自由温降空调设置制冷18，工况机关闭224 2023中国家电科技年会论文集3 实验结果与分析3.1 温控停机传感器检测偏差实验与结果讨论按照2.1节所述实验方法进行温度检测准确性对比实验验证，将室外7/6，室内20制热工况实验结果分析优化后，各温度点变化趋势如图6所示。图6 AB制热、CD温控停机状态下各温度点变化趋势图6表明，D机到达温控停机状态后，风扇停转2 min3 min内，盘管处热电偶检测温度与环温检测器处热电偶检测温度急剧升高，远超实际环温。停机10 min后，环温检测传感器处热电偶检测温度为28.4，而右侧热电偶仅19.7，准确率远高于内部传感器。15 min后，内机风扇开启2 min，换热器处空气流通加快，盘管处热电偶检测温度和环温传感器处热电偶监测温度快速下降，降至接近于环境温度。吹风结束后，继续上述循环。将其余工况进行测试总结后，得到图7。图7 D机停机后检测温度偏差值从图7可知，停机后，样机中部传感器处热电偶检测偏差均在6以上，且室内温度每降低2，停机后传感器偏差会加大1。故冬天制热达温停机，室温降低后难以再次启动。而右侧开口处热电偶的温度波动远小于中部热电偶，所有室内温度下，热电偶位于右侧检测偏差均在2以内，表明热电偶远离盘管后，所受影响较小，与理论分析相同，从实验角度验证了右侧安装位置的优越性。3.2 用户体验模拟测试第3.1节根据热电偶测试结果，证明了温度检测方面传感器位于空调右侧的优越性，本节将在实验室中，模拟真实用户使用时，制热达温关机，房间温度自由下降，空调器重新启动制热的过程，实验结果如下。3.2.1 传感器原位置用户体验模拟按照2.2节所述内容进行实验，实验结果如图8所示。图8 室外7用户体验模拟图8为温控停机后各温度变化趋势，由于室外温度远低于室内温度，温控停机第一次达到15 min时，室内平均温度降低了78，仅剩不到13，而此时空调器检测温度为29左右，检测偏差高达16。当风扇开启2 min后，室内环温检测器测得温度大幅度下降，但此时显示环温仍高于设定温度，无法开机。第二个周期停机结束后，检测的环温升高至2728，如此往复，第四个周期后，检测温度低于设定温度，空调器重新启动，此时室内平均温度仅剩不到11，与设定温度相差8以上。因此，当室内保温性较差时，停机后室内平均温度降低较快，但传感器位于盘管附近，难以检测真实温度，导致进入温控停机后，存在无法再启动的风险，导致房间温度下降较大（8以上），致使实际用户体验极差。3.2.2 传感器位置优化后用户体验模拟本节测试中，将空调器的传感器置于空调器右侧开口处，测试设备和测试方法如2.2节所述，测试结果如图9所示。图9 传感器置于右侧用户体验模拟 2252023中国家电科技年会论文集图9表明，达温停机一段时间后，房间平均温度降至16.7，此时第一个停机周期15 min未结束，监控检测环温已经降至18，空调器开启制热，房间平均温度升至19.5时，第二次温控停机启动。房间平均温度降至16.4时，第二次制热开启。此后每次停机降温后，空调器均可在15 min内启动。房间内平均温度与设定温度之差小于3。因此，将环温传感器置于空调右侧可大幅度提高用户体验，避免房间实际温度与设定温度相差过大。3.3 其余运行状态下，不同位置检测温度对比上文通过实验验证了制热状态下传感器置于空调器右侧表现更优，本节对静置、送风、制冷、制冷关机、制热关机、自由温升、自由温降、冻结等其他工况的温度检测准确性进行测试，并与3.1、3.2节内容一同总结。测试方法如2.3节所示，结果如图10所示。图10 多种使用场景下不同位置热电偶检测偏差静置、送风、制冷关机等制冷剂不流通的工况中，空调器中部与右侧检测偏差均小于1。制冷、制热、自由温升、自由温降等制冷剂与空气都流动的工况温度偏差在2左右。制热温控关机工况，风扇停转15 min后，中部温度偏差达10.7，吹风2 min后中部偏差降低至3.5，右侧温度偏差均小于2。对于热舒适性测试，中部温度偏差可达16以上，而右侧偏差仅有2。综上所述，对于所有工况，传感器位于空调右侧均可提高温度检测准确性。4 结论本文为解决一拖多空调器部分房间制热关机，房间温度下降后，空调器无法启动的问题，通过对比不同运行状态、不同传感器安装位置下，空调器检测温度与实际环境温度差值，并进行用户模拟实验，得到如下结论：（1）现有制热温控停机后无法启动的问题主要来源于传感器温度检测偏差。制热停机后，空调器中部传感器检测温度偏差可达10。相同工况下，传感器置空调右侧，偏差仅有不到2，证实了理论分析的正确性。（2）传感器位于空调器内部时，制热达温停机，室温降低后空调器无法启动，实际体验差。经优化改进，传感器位于空调器右侧时，室温降低后空调器可以正常启动，房间平均温度与传感器置于空调中部相比提高了47，用户体验良好。（3）其他送风、制冷等使用场景下，传感器置于空调右侧的检测结果准确性均优于或等于传感器置于空调中部的检测结果准确性。参考文献1 陈思敏,曾济贫.空调达温停机技术研究分析J.家电科技,2021(zk):402-407.2 席战利,亓新,陈蒙.空调器启动和出风温度变化评价方法研究J.家电科技,2018(03):79-81.3 李冠男,姚庆,毛前军,等.室温传感器偏差故障对武汉地区暖通空调系统的影响研究J.可再生能源,2022,40(03):332-337.4 王战备.室内温度多点检测系统设计J.信息技术,2011,35(01):20-22.5 卢小平,余跃进,张川燕.室内机位置对室内热舒适影响数值模拟分析J.建筑热能通风空调,2008(04):66-68+96.6 李朝妹,张振彬.空调安装位置对办公室室内温度的影响J.建筑节能,2011,39(11):16-18+23.7 吴欢龙,姚紫薇,张旭阳.柜式空调出风方式对人体舒适性影响的研究J.家电科技,2022(06):84-89.8杨世铭,陶文铨.传热学(第四版)M.北京:高等教育出版社,2006.