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自动空调标定中空气湿度的应用

自动空调标定的目的主要是为了保证乘员的舒适性,除了温度、风量、光照强度等显性指标以外,空气中的含湿量也应该作为一项重要的输入参数,主要是因为湿度涉及到体感温度以及空调负荷两个方面的影响。本文做一个简要的阐述:

相对湿度与体感温度的关系

不同湿度情况下,人体感知的温度是不一样的。一个简单的例子就是在南方夏天,下雨前会让人感觉异常闷热,这其实就是因为下雨前空气中含湿量增加,导致人体感知温度不同。

为了表征体感温度与湿度的关系,1984年Robert G. Steadman在其论文《A Universal Scale of Apparent Temperature》中进行了描述,气象局帮我们把对应关系式总结如下:

其中AT为体感温度(°C)、T为气温(°C)、e为水汽压(hPa)、V为风速(m/sec)、RH为相对湿度(%)。

请注意:以上未考虑阳光辐射的作用, 因此只能表示在荫影环境下指标。有兴趣深入研究的可以参考原文:https://journals.ametsoc.org/view/journals/apme/23/12/1520-0450_1984_023_1674_ausoat_2_0_co_2.xml

可看出相对湿度越大、风速越小时,能得出较大的体感温度。针对这一现象,我们在算法设计的时候要引入湿度来修正呼吸点温度控制目标,从而在各种工况下尽可能保证乘员的舒适体感。

(扩展阅读可以参考知乎上这篇文章了解人体感温机制https://www.zhihu.com/question/279931228/answer/548563566

空气的焓值与空气的温度及相对湿度的关系

自动空调标定,控制目标通常应该是呼吸点温度,控制变量是压缩机转速、膨胀阀开度等,总结来说控制变量就是冷量输出,让冷量输出与目标温度对应的热负荷抵消才能满足乘员舒适性要求。

要关注到,湿空气中水蒸汽相变焓是非常大的,通常蒸发器表面温度较低,空气经过蒸发器表面会达到露点温度以下,因此即使是少量的水蒸汽,在经过蒸发器表面的时候冷凝相变放热对蒸发器负荷的影响也是非常大的。

下图是一张是湿空气焓湿图,干空气温度从A‘的48℃降低到B’的15℃,对应的焓值变化大概是从48降到15,焓差33,这一部分就是蒸发器的负荷。当相对湿度是40%时,湿空气会从A沿着红色线降温到B点,同样是48℃降低到15℃,焓差大概是125-40=85。两者相差70,因此在计算乘客舱负荷的时候,必须考虑空气湿度。

素材来源 https://zhuanlan.zhihu.com/p/28742335

在自动空调的标定过程中,应当考虑到空气中的湿度,作为控制参数输入,修正控制算法。

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