CN104236755B - 一种空调出风温度场检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种空调出风温度场检测方法，包括以下步骤：（1）、确定检测平面；（2）、在所述检测平面上布置温度检测元件；（3）、开启空调器，各温度检测元件采集所在位置点的温度值，并发送至处理单元，绘制空调出风温度场在各平面内的等温线图；（4）、从所述等温线图中查找温度值为T1，T2…Tn的等温线在竖直方向上距离空调出风口的最大距离，并根据查找结果至少调整空调出风口的导风板角度和/或送风速度。本发明的空调器出风温度场检测方法，采用模拟与实际测量相结合的方式，首先建立湍流模型模拟出温度场，确定关键温度点所在的平面大概位置，并以该位置作为布设温度检测单元的基准，实际测量空间中的温度值，并最终形成更加接近实际的温度场。

Description

一种空调出风温度场检测方法

技术领域

本发明涉及一种温度场检测方法，具体地说，是涉及一种空调出风温度场检测方法。

背景技术

近年来，随着人们对室内家居环境要求的升高，对空调产品的要求也越来越严格。对于房间内使用的吊装式或挂式空调而言，因为大部分此类产品均安装有导风板，而因为导风板的角度不同会直接影响到产品性能和人们对舒适性的要求。因此，需要在空调研发测试的时候对空调出风温度进行测量，以将产品调整到最优性能，最大化的满足用户舒适性要求。

对空调的综合评价包括空调的出风温度测量以及房间内空调器出风温度场，在现行的空调出风温度的测量中，一般仅在空调器出风口位置布置一个点或几个点，仅对空调出风口温度进行判断，并参与空调运行的控制，而这种测量的方式仅能反映出房间内空调器在某个点或某几个点上的温度值，无法更加形象直观的反映空调器从出风口至其整个作用的空间范围内的温度分布情况，这也从一定程度上影响了空调产品的设计进度和人们对舒适性要求的满足。

而对于房间内空调器出风温度场的分布基本上局限于CFD仿真的计算，此方法可以从实验上对理论的验证提供支持，而没有实际的简单可行的测试方法来验证仿真与实际温度场分布的一致性。

发明内容

本发明为了解决现有空调器出风温度场检测主要依赖于模拟，检测不精确的问题，提出了一种空调器出风温度场检测方法，可以解决上述问题。

为了解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案予以实现：

一种空调出风温度场检测方法，包括以下步骤：

(1)、确定检测平面，所述检测平面至少包括竖直平面、第一水平面和第二水平面，所述第一水平面为空调出风温度场中温度值为T1的等温线最低点所在平面，所述第二水平面为空调出风温度场中温度值为T2的等温线最低点所在平面；

(2)、在所述的检测平面上布置温度检测元件，所述竖直平面的纵向上至少从出风口处至所述第二水平面处间隔布置有温度检测元件，所述第一水平面、第二水平面上至少与所述竖直平面的交线上以及所述交线的中垂线上间隔布置有温度检测元件；

(3)、开启空调器，各温度检测元件采集所在位置点的温度值，并发送至处理单元，将各温度检测元件所采集的温度值进行整合，绘制空调出风温度场在所述各平面的等温线图；

(4)、从所述等温线图中查找温度值为T1，T2…Tn的等温线在竖直方向上距离空调出风口的最大距离，并根据查找结果调整空调出风口的导风板角度和/或送风速度参数，其中，T1，T2…Tn依次递减。

进一步的，所述步骤(1)中，所述第一水平面和第二水平面的确定方法为：

(11)、建立用于模拟空调所在房间内三维非稳态紊流流动的湍流模型，设定模型参数，并模拟空调出风温度场；

(12)、找出模拟的空调出风温度场中温度值为T1的等温线最低点所在平面，并在该平面上下0.5m的范围内选取其中一个水平面作为第一水平面，

找出模拟的空调出风温度场中温度值为T2的等温线最低点所在平面，并在该平面上下0.5m的范围内选取其中一个水平面作为第二水平面。

进一步的，所述步骤(1)中，所述竖直平面的确定方法为：找出模拟的空调出风温度场中等温线的对称平面或者近似对称平面，该对称平面或者近似对称平面确定为竖直平面。

优选的，所述步骤(11)中，采用CFD仿真软件模拟空调出风温度场。

进一步的，所述步骤(2)中，所述竖直平面上从空调回风口到出风口按照m×n矩阵布置方式布置温度检测元件，最上端离地面距离为L1，量测量点间纵向间距为L2，横向在回风口距出风口处之间进行m等分。

优选的，所述步骤(2)中，所述竖直平面上设置有一平板，布置与所述竖直平面上的温度检测元件固定于所述平板上。

又进一步的，所述步骤(2)中，布置于所述第一水平面和第二水平面上的温度检测元件吊装在房间顶壁上，布置于所述第一水平面、第二水平面与所述竖直平面交线上的温度检测元件，固定于所述平板上；

或者，从两侧壁上拉线，形成多层水平面，每层水平面由若干条水平拉线组成，在所述多层水平面上布置温度检测元件，并满足所布置的温度检测元件在三维空间中分别位于第一水平面、第二水平面上、或者竖直平面中。

其中，所述的平板为纸板、塑料板、橡胶板、木板、或者金属板中的任一种。

再进一步的，所述步骤(3)与步骤(4)之间，还包括对所述等温线图进行修正的步骤，使用热成像设备检测所述竖直平面上温度并生成温度区域分布图，将竖直平面的等温线图与温度区域分布图比较，对该竖直平面的等温线图进行修正。

更近一步的，所述步骤(3)中，处理单元采用二次多项式法将各温度检测元件所采集的温度值及所需的温度值进行整合。

与现有技术相比，本发明的优点和积极效果是：本发明的空调器出风温度场检测方法，采用模拟与实际测量相结合的方式，首先建立湍流模型模拟出温度场，确定关键温度点所在的平面大概位置，并以该位置作为布设温度检测单元的基准，实际测量空间中的温度值，并最终形成更加科学、更加接近实际的温度场，进而可以很好的指导空调的研发与调试，最大化的满足用户舒适性要求。

结合附图阅读本发明实施方式的详细描述后，本发明的其他特点和优点将变得更加清楚。

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，下面将对实施例或现有技术描述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是本发明所提出的空调出风温度场检测方法一种实施例流程图；

图2是图1中所确定的检测平面的示意图；

图3是图2中竖直平面上布置温度检测元件示意图；

图4是图2中第一水平面上布置检测元件示意图；

图5是本发明所提出的空调出风温度场检测方法一种实施例所检测的竖直平面的等温线图；

图6是本发明所提出的空调出风温度场检测方法一种实施例调整后的竖直平面的等温线图。

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。

对于空调器而言，其评价的主要指标一方面是其单位时间内的制冷、制热量及消耗的功率；另一方面是空调器出风对人的舒适性的影响。如何以最少的温度点的布置来实现测量和观测房间内温度场的分度，对于空调器实验性能和人体舒适性的保证有重要的意义。针对目前的空调研发测试的时候对空调出风温度场测量时一般仅在出风口处布置温度检测单元，而整个空调出风温度场主要依赖于软件模拟实现，与实际偏差较大，无法更准确的反应空调的出风温度场，因此，无法精确指导空调的研发与调试，进而影响到产品无法到达其最优性能，以及无法最大化的满足用户舒适性要求的问题，提出了一种空调出风温度场检测方法，采用模拟与实际测量相结合的方式，首先建立湍流模型模拟出温度场，确定关键温度点所在的平面大概位置，并以该位置作为布设温度检测单元的基准，实际测量空间中的温度值，并最终形成更加科学、更加接近实际的温度场，进而可以很好的指导空调的研发与调试，最大化的满足用户舒适性要求。下面将以较佳实施例进行详细说明。

实施例一，本实施例提出了一种空调出风温度场检测方法，如图1、图2所示，包括以下步骤：

S1、确定检测平面，所述检测平面至少包括竖直平面3、第一水平面1和第二水平面2，所述第一水平面1为空调出风温度场中温度值为T1的等温线最低点所在平面，所述第二水平面2为空调出风温度场中温度值为T2的等温线最低点所在平面；

S2、在所述的检测平面上布置温度检测元件，所述竖直平面的纵向上至少从出风口处至所述第二水平面2处间隔布置有温度检测元件，所述第一水平面1、第二水平面2上至少与所述竖直平面的交线上以及所述交线的中垂线上间隔布置有温度检测元件；

S3、开启空调器，各温度检测元件采集所在位置点的温度值，并发送至处理单元，将各温度检测元件所采集的温度值进行整合，绘制空调出风温度场在所述各平面的等温线图；

S4、从所述等温线图中查找温度值为T1，T2…Tn的等温线在竖直方向上距离空调出风口的最大距离，并根据查找结果调整空调出风口的导风板角度和/或送风速度参数，其中，T1，T2…Tn依次递减。

本实施例中，通过合理的选择测量平面，也即，分别确定了竖直平面以及以关键温度点T1、T2等温线最低点所在水平面，并在该测量平面上布置温度检测元件，由于该关键温度点T1、T2是基于统计学验证的人体在炎热的环境中能感觉到凉快或者在寒冷的环境中所感觉到暖和的界点温度值，通过在以关键温度点所在水平面布置温度检测元件，其所检测到的空间温度位置更具代表性，有利于减少使用温度检测元件个数，也即利用最少的温度检测元件能够最优、更真实的反应空调出风温度场。空调出风口温度场在垂直于空调出风口长度方向一般是对称的，通过将竖直平面设置在空调出风口温度场的对称平面上，其基本覆盖空调的出风口以及回风口及以下部位，其同样起到了有助于合理布置温度检测元件，减少温度检测元件使用的作用。

作为一个优选实施例，所述步骤S1中，所述第一水平面1和第二水平面2的确定方法为：

S11、建立用于模拟空调所在房间内三维非稳态紊流流动的湍流模型，设定模型参数，并模拟空调出风温度场；

S12、找出模拟的空调出风温度场中温度值为T1的等温线最低点所在平面，并在该平面上下0.5m的范围内选取其中一个水平面作为第一水平面1，

找出模拟的空调出风温度场中温度值为T2的等温线最低点所在平面，并在该平面上下0.5m的范围内选取其中一个水平面作为第二水平面2。

以及，所述步骤S1中，所述竖直平面3的确定方法为：找出模拟的空调出风温度场中等温线的对称平面或者近似对称平面，该对称平面或者近似对称平面确定为竖直平面3。

由于房间内气流组织是一种高度复杂的三维非稳态、带旋转的不规则的湍流流动，对于此类流动，可采用非稳态的Navier-Stokes方程以及经过Launder和Spalding修正的高Re数k-ε两方程模型对房间气流运动进行计算。从流体力学的基础方程出发，将连续方程、动量方程、湍流能量k方程以及湍流能量耗散ε方程出发，进行若干假设和简化，可得出适用于空调房间内三维非稳态紊流流动的湍流方程，虽然各方程中的因变量不同，但他们均反映了单位时间单位体积内物理量的守恒性质，如果用φ表示通用变量，则湍流方程可以用以下的通用形式进行表示。

$\frac{\∂\left(\mathrm{\ρ}\mathrm{\φ}\right)}{\∂t}+\frac{\∂\left(\mathrm{\ρ}u\mathrm{\φ}\right)}{\∂x}+\frac{\∂\left(\mathrm{\ρ}v\mathrm{\φ}\right)}{\∂y}+\frac{\∂\left(\mathrm{\ρ}w\mathrm{\φ}\right)}{\∂z}=\frac{\∂}{\∂x}\left(\mathrm{\Γ}\frac{\∂\mathrm{\φ}}{\∂x}\right)+\frac{\∂}{\∂y}\left(\mathrm{\Γ}\frac{\∂\mathrm{\φ}}{\∂y}\right)+\frac{\∂}{\∂z}\left(\mathrm{\Γ}\frac{\∂\mathrm{\φ}}{\∂z}\right)+S$

式中：φ为通用变量(可代表u、v、w、T等变量)；

Γ为扩散系数；

S为源项。

在近壁面处采用避免函数法配合高Re数k-ε方程进行求解，从而将壁面处的物理量与湍流核心区的物理量进行联系，进而得到完整的湍流模型。

在确定了相关模型之后，按照以下边界条件进行假设：

①房间各壁面传热(包括屋顶和墙壁)均匀，暗号稳定传热考虑，壁面边界条件采用第二类边界条件。

②不考虑各种外部以及内部各表面的辐射影响。

③计算区域的入口边界条件，按照空调实际的实验工况确定。

④计算区域的出口边界条件采用局部单项化处理。

⑤空气流动满足Bouss inesq假设、内部无热源、房间没有其他漏风。

在确立基本方程及假设后，通过CFD仿真软件进行模拟，在仿真的结果中，确认其中近似的竖直平面，以及其中的关键温度点T1(本实施例取28℃)、T2(本文取26℃)的近似的温度值最低的第一水平面1及第二水平面2距离地面的距离；同时根据不同室内机的风量、出风口面积、出风温度等特性可确定不同室内机的理论的温度场分布以及相关的确定的竖直平面3、第一水平面1、以及第二水平面2，因对空调性能和可靠性判定调试的需要(主要是回风短路方面)，并根据《国家住宅建筑设计规范》中一般商品房的净高在2.4m-2.8m之间的要求，按照图2所示的位置进行平面的设置。其中，所述步骤S11中，采用CFD仿真软件模拟空调出风温度场。

进一步的，所述步骤S2中，所述竖直平面上从空调回风口到出风口按照m×n矩阵布置方式布置温度检测元件，最上端离地面距离为L1，量测量点间纵向间距为L2，横向在回风口距出风口处之间进行m等分。如图3所示，当几个检测平面确定后，将温度检测元件按照图3中所示方式布置于竖直平面中，其基本要求是覆盖回风口至出风口及以下部位，用以采集该平面内的温度点数据。由于关键温度点主要集中在出风口和回风口位置，从机器回风口中心到机器出风口外侧按照m×n网格布置的方式布置温度点，最上端离地距离L1mm，量测量点间纵向间距为L2(不同机型的间距不同)，横向距离视回风口中心距出风口处距离进行等分。最下侧的离地间距为L3，其中m、n、L1、L2、L3依据不同的机型而不同。

在第一水平面1、第二水平面2的温度检测元件布置中，如图4所示，以第一水平面1的布置方式为例进行说明，将测试所使用的温度检测元件按照图4中所示的方式布置于第一水平面1所示的平面位置，其基本要求是覆盖该平面上出风温度影响的区域，由于温度场中等温曲线具有一定的对称性，因此只需在所述第一水平面1与所述竖直平面3的交线上以及与所述交线的垂线上间隔布置有温度检测元件即可，当然，若想测得更高的精度，也可以适当的增加第一水平面1上温度检测元件的数量。第一水平面1距离地面的距离为L4，在平面内的横纵两个方向，共X个点的范围内布置热电偶，其间隔距离根据以及具体的位置依不同的机型而不同，通过不同的采集点采集该平面内的温度值。其中，第二水平面2上温度检测元件的布置可以参照第一水平面1的布置，在此不做赘述，根据室内机温度分布及人感官的影响，第二水平面2的离地面的距离为L5。

作为一个优选实施例，所述步骤S2中，所述竖直平面3上设置有一平板，其中，所述的平板为纸板、塑料板、橡胶板、木板、或者金属板中的任一种。布置与所述竖直平面3上的温度检测元件固定于所述平板上。对所述平板的基本要求是与空调出风的流体流向一致，不会对出风的流场和温度场产生干扰，出于对成本、平面的面积和使用效果的综合考虑，在本实施例的实验中采用的平板材料为280g/170g/280g瓦楞纸粘合成的纸板。由于竖直平面3的确定依据来源于通过计算机辅助流体仿真软件模拟出的空间内四面出风式室内机的风速及流场分布，并通过在不同位置的模拟可得出，当平板的位置位于竖直平面3时，既能反映出空间内的温度场的分布情况，而且又能对房间内气流组织的流场产生最小的影响，保证测量结果的可靠及准确性。

此外，所述步骤S2中，布置于所述第一水平面1和第二水平面2上的温度检测元件吊装在房间顶壁上，布置于所述第一水平面1、第二水平面2与所述竖直平面交线上的温度检测元件，优选固定于所述平板上。

或者，所述步骤S2中，温度检测元件的布置方式是从两侧壁上拉线，形成多层水平面，每层水平面由若干条水平拉线组成，在所述多层水平面上布置温度检测元件，并满足所布置的温度检测元件在三维空间中分别位于第一水平面、第二水平面上、或者竖直平面中。由于部分位置(比如位于空调正下方的位置)无法吊装在房间顶壁上，会被空调挡住，采用本布置方法能适用于较难布置的死角位置。

达到工况要求的条件后，开启空调器，各温度检测单元将采集的温度值发送至处理单元，由处理单元将所取得的数据点进行整合记录，其中，采用二次多项式法将各温度检测元件所采集的温度值及所需的温度值进行整合，以实现不同实验测量点的记录整合，然后通过散点图绘制不同平面内的等温线。

下面根据实验测定的机型将m、n、L1、L2、L3设置为值6mm、5mm、2500mm、250mm、1500mm，以及L4、X分别为1500mm、23mm，L5设置1200mm，如图5所示，为空调制热时竖直平面3上的等温线图，本实施例以该平面的等温线图为例进行说明。

通过观察图5所示，空调制热时房间内空气温度分层明显，房间内的热空气集中在房间的上层，其中由图5中位于右半侧的等温图，通过查找等温图中几个温度值为T1，T2…Tn的等温线，对应图5中的30℃、20℃、18℃、15℃在竖直方向上距离空调出风口的最大距离，可知温度状况为房间内热空气集中在送风口和回风口位置，其他位置的空气仍然为冷空气，当回风口的温度达到一定温度后，空调则会停机，导致房间下层的空气一直无法被加热的状况发生，此种情况是制热角度偏下(导风板角度)所致，因此，需要相应将导风板角度往上调可以解决此类问题。同样道理的，通过观察图5中位于左半侧的等温图可知，温度状况即制热时房间内空气温度分层明显，房间内的热空气集中在房间的上层，是由于制热角度(导风板角度)偏上所致，需要将导风板角度往下调整。如图6所示，为理想状态下的等温线图，其中，左半侧为制冷状态下的等温线，右半侧为制热状态下的等温线。

优选的，由于本方法的温度检测元件的个数毕竟有限，为了进一步提高所测得温度场的精确度，所述步骤S3与步骤S4之间，还包括对所述等温线图进行修正的步骤，使用热成像设备检测所述竖直平面上温度并生成温度区域分布图，将竖直平面的等温线图与温度区域分布图比较，对该竖直平面的等温线图进行修正，进而完善最终所得到的实际温度场。

当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的普通技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种空调出风温度场检测方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）、确定检测平面，所述检测平面至少包括竖直平面、第一水平面和第二水平面，所述第一水平面为空调出风温度场中温度值为T1的等温线最低点所在平面，所述第二水平面为空调出风温度场中温度值为T2的等温线最低点所在平面；

所述步骤（1）中，所述第一水平面和第二水平面的确定方法为：

（11）、建立用于模拟空调所在房间内三维非稳态紊流流动的湍流模型，设定模型参数，并模拟空调出风温度场；

（12）、找出模拟的空调出风温度场中温度值为T1的等温线最低点所在平面，并在该平面上下0.5m的范围内选取其中一个水平面作为第一水平面，

找出模拟的空调出风温度场中温度值为T2的等温线最低点所在平面，并在该平面上下0.5m的范围内选取其中一个水平面作为第二水平面；

（2）、在所述的检测平面上布置温度检测元件，所述竖直平面的纵向上至少从出风口处至所述第二水平面处间隔布置有温度检测元件，所述第一水平面、第二水平面上至少与所述竖直平面的交线上以及所述交线的中垂线上间隔布置有温度检测元件；

（3）、开启空调器，各温度检测元件采集所在位置点的温度值，并发送至处理单元，将各温度检测元件所采集的温度值进行整合，绘制空调出风温度场在所述各平面的等温线图；

（4）、从所述等温线图中查找温度值为T1，T2…Tn的等温线在竖直方向上距离空调出风口的最大距离，并根据查找结果调整空调出风口的导风板角度和/或送风速度参数，其中，T1，T2…Tn依次递减。

2.根据权利要求1所述的空调出风温度场检测方法，其特征在于，所述步骤（1）中，所述竖直平面的确定方法为：找出模拟的空调出风温度场中等温线的对称平面或者近似对称平面，该对称平面或者近似对称平面确定为竖直平面。

3.根据权利要求2所述的空调出风温度场检测方法，其特征在于，所述步骤（11）中，采用CFD仿真软件模拟空调出风温度场。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的空调出风温度场检测方法，其特征在于，所述步骤（2）中，所述竖直平面上从空调回风口到出风口按照m×n矩阵布置方式布置温度检测元件，最上端离地面距离为L1，量测量点间纵向间距为L2，横向在回风口距出风口处之间进行m等分。

5.根据权利要求1-3中任一项所述的空调出风温度场检测方法，其特征在于，所述步骤（2）中，所述竖直平面上设置有一平板，布置与所述竖直平面上的温度检测元件固定于所述平板上。

6.根据权利要求5所述的空调出风温度场检测方法，其特征在于，所述步骤（2）中，布置于所述第一水平面和第二水平面上的温度检测元件吊装在房间顶壁上，布置于所述第一水平面、第二水平面与所述竖直平面交线上的温度检测元件，固定于所述平板上；

或者，从两侧壁上拉线，形成多层水平面，每层水平面由若干条水平拉线组成，在所述多层水平面上布置温度检测元件，并满足所布置的温度检测元件在三维空间中分别位于第一水平面、第二水平面上、或者竖直平面中。

7.根据权利要求5所述的空调出风温度场检测方法，其特征在于，所述的平板为纸板、塑料板、橡胶板、木板、或者金属板中的任一种。

8.根据权利要求1-3中任一项所述的空调出风温度场检测方法，其特征在于，所述步骤（3）与步骤（4）之间，还包括对所述等温线图进行修正的步骤，使用热成像设备检测所述竖直平面上温度并生成温度区域分布图，将竖直平面的等温线图与温度区域分布图比较，对该竖直平面的等温线图进行修正。

9.根据权利要求1-3任一项所述的空调出风温度场检测方法，其特征在于，所述步骤（3）中，处理单元采用二次多项式法将各温度检测元件所采集的温度值及所需的温度值进行整合。