ISO/TS 16491:2012

Guidelines for the evaluation of uncertainty of measurement in air conditioner and heat pump cooling and heating capacity tests

ISO/TS 16491:2012 gives guidance on the practical applications of the principles of performance measurement of air-cooled air-conditioners and air-to-air heat pumps as described in ISO 5151, ISO 13253, and ISO 15042.

Lignes directrices pour l'évaluation de l'incertitude de mesure lors des essais de puissance frigorifique et calorifique des climatiseurs et des pompes à chaleur

L'ISO/TS 16491:2012 donne des lignes directrices pour les applications pratiques des principes de mesure de la performance des climatiseurs à condensation par air et des pompes à chaleur air/air tels que décrits dans l'ISO 5151, l'ISO 13253 et l'ISO 15042.

General Information

• Status: Published
• Publication Date: 22-Nov-2012
• ICS: 23.120 - Ventilators. Fans. Air-conditioners
• ICS: 27.080 - Heat pumps
• Technical Committee: ISO/TC 86/SC 6 - Testing and rating of air-conditioners and heat pumps
• Drafting Committee: ISO/TC 86/SC 6/WG 1 - Air-source air-conditioners and heat pumps
• Current Stage: 9093 - International Standard confirmed
• Completion Date: 06-Sep-2022

Relations

• Consolidates: ISO 7743:2004 - Rubber, vulcanized or thermoplastic — Determination of compression stress-strain properties
• Effective Date: 06-Jun-2022

Standards Content (Sample)

TECHNICAL ISO/TS
SPECIFICATION 16491
First edition
2012-12-01

Guidelines for the evaluation of
uncertainty of measurement in air
conditioner and heat pump cooling and
heating capacity tests
Lignes directrices pour l'évaluation de l'incertitude de mesure lors des
essais de puissance frigorifique et calorifique des climatiseurs et des
pompes à chaleur




Reference number
ISO/TS 16491:2012(E)
©
ISO 2012

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ISO/TS 16491:2012(E)

COPYRIGHT PROTECTED DOCUMENT


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All rights reserved. Unless otherwise specified, no part of this publication may be reproduced or utilized in any form or by any means,
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Published in Switzerland

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ISO/TS 16491:2012(E)
Contents Page
Foreword . iv
Introduction . v
1  Scope . 1
2  Normative references . 1
3  Terms and definitions . 1
4  Symbols . 3
5  Method of calculation . 4
5.1  Calibration . 4
5.2  Correction . 4
5.3  (Instrumental) drift . 4
5.4  Stability . 4
5.5  Uncertainty due to the lack of homogeneity . 4
6  Explanatory notes useful in laboratory application . 4
6.1  Uncertainty . 4
6.2  Confidence level . 4
6.3  Evaluation of errors . 5
6.4  Steps in evaluation of uncertainty in measurements . 5
6.5  Uncertainty of measurements . 5
7  Evaluation of uncertainty — Calorimeter room method . 7
7.1  Cooling capacity test . 8
7.2  Heating capacity test . 11
8  Evaluation of uncertainty — Air enthalpy method . 14
8.1  Cooling capacity test . 15
8.2  Heating capacity test . 16
8.3  Uncertainty of measurement on the air volume flow rate . 18
Annex A (normative) Uncertainty budget sheets . 19
Annex B (informative) Determination of indirect contribution to uncertainty, U(C ) . 27
I
Bibliography . 28

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ISO/TS 16491:2012(E)
Foreword
ISO (the International Organization for Standardization) is a worldwide federation of national standards bodies
(ISO member bodies). The work of preparing International Standards is normally carried out through ISO
technical committees. Each member body interested in a subject for which a technical committee has been
established has the right to be represented on that committee. International organizations, governmental and
non-governmental, in liaison with ISO, also take part in the work. ISO collaborates closely with the
International Electrotechnical Commission (IEC) on all matters of electrotechnical standardization.
International Standards are drafted in accordance with the rules given in the ISO/IEC Directives, Part 2.
The main task of technical committees is to prepare International Standards. Draft International Standards
adopted by the technical committees are circulated to the member bodies for voting. Publication as an
International Standard requires approval by at least 75 % of the member bodies casting a vote.
In other circumstances, particularly when there is an urgent market requirement for such documents, a
technical committee may decide to publish other types of document:
 an ISO Publicly Available Specification (ISO/PAS) represents an agreement between technical experts in
an ISO working group and is accepted for publication if it is approved by more than 50 % of the members
of the parent committee casting a vote;
 an ISO Technical Specification (ISO/TS) represents an agreement between the members of a technical
committee and is accepted for publication if it is approved by 2/3 of the members of the committee casting
a vote.
An ISO/PAS or ISO/TS is reviewed after three years in order to decide whether it will be confirmed for a
further three years, revised to become an International Standard, or withdrawn. If the ISO/PAS or ISO/TS is
confirmed, it is reviewed again after a further three years, at which time it must either be transformed into an
International Standard or be withdrawn.
Attention is drawn to the possibility that some of the elements of this document may be the subject of patent
rights. ISO shall not be held responsible for identifying any or all such patent rights.
ISO/TS 16491 was prepared by Technical Committee ISO/TC 86, Refrigeration and air-conditioning,
Subcommittee SC 6, Air-cooled air conditioners and air-to-air heat pumps.
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ISO/TS 16491:2012(E)
Introduction
This Technical Specification is intended to be a practical guide to assist laboratory personnel in evaluating the
uncertainties in the measurement of the cooling and heating capacities of air conditioners and heat pumps. It
contains a brief introduction to the theoretical basis for the calculations, and contains examples of uncertainty
budget sheets that can be used as a basis for the determination of the uncertainty of measurement.

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TECHNICAL SPECIFICATION ISO/TS 16491:2012(E)

Guidelines for the evaluation of uncertainty of measurement in
air conditioner and heat pump cooling and heating capacity
tests
1 Scope
This Technical Specification gives guidance on the practical applications of the principles of performance
measurement of air-cooled air-conditioners and air-to-air heat pumps as described in ISO 5151, ISO 13253,
and ISO 15042.
2 Normative references
The following referenced documents are indispensable for the application of this document. For dated
references, only the edition cited applies. For undated references, the latest edition of the referenced
document (including any amendments) applies.
ISO/IEC Guide 99, International vocabulary of metrology — Basic and general concepts and associated terms
(VIM)
ISO/IEC Guide 98-3, Uncertainty of measurement — Part 3: Guide to the expression of uncertainty in
measurement (GUM:1995)
ISO 3534-1, Statistics — Vocabulary and symbols — Part 1: General statistical terms and terms used in
probability
ISO 5151, Non-ducted air conditioners and heat pumps — Testing and rating for performance
ISO 13253, Ducted air-conditioners and air-to-air heat pumps — Testing and rating for performance
ISO 15042, Multiple split-system air-conditioners and air-to-air heat pumps — Testing and rating for
performance
3 Terms and definitions
For the purposes of this document, the terms and definitions given in ISO/IEC Guide 99, ISO/IEC Guide 98-3,
ISO 3534-1, ISO 5151, ISO 13253 and ISO 15042 apply.
NOTE The definitions of terms 3.1, 3.2, 3.3, 3.4 and 3.5 are taken from ISO/IEC Guide 99:2007, 2.39, 4.14, 2.53,
4.21 and 4.19, respectively, and they are repeated here for easy reference.
3.1
calibration
operation that, under specified conditions, in a first step, establishes a relation between the quantity values
with measurement uncertainties provided by measurement standards and corresponding indications with
associated measurement uncertainties and, in a second step, uses this information to establish a relation for
obtaining a measurement result from an indication
[SOURCE: ISO/IEC Guide 99:2007, 2.39]
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ISO/TS 16491:2012(E)
3.2
resolution
smallest change in a quantity being measured that causes a perceptible change in the corresponding
indication
[SOURCE: ISO/IEC Guide 99:2007, 4.14]
NOTE In the case of a digital instrument, this value corresponds to the value of the least significant digit of the
reading of the instrument. This value might be different on the overall range of an instrument.
3.3
correction
modification applied to a measured quantity value to compensate for a known systematic effect
[SOURCE: ISO/IEC Guide 99:2007, 2.53, modified]
3.4
(instrumental) drift
continuous change in an indication, related neither to a change in the quantity being measured nor to a
change of any recognized influence quantity
[SOURCE: ISO/IEC Guide 99:2007, 4.21, modified]
3.5
stability
ability of a measuring instrument or measuring system to maintain its metrological properties constant with
time
[SOURCE: ISO/IEC Guide 99:2007, 4.19, modified]
3.6
uncertainty due to the lack of homogeneity
component specific to air temperature measurements where several probes are used simultaneously
NOTE In this case the air temperature value used in the calculation of heat power is the mean of the measurements
of the different probes.
3.7 Type of error evaluation
3.7.1
type A evaluation of standard uncertainty
evaluation of standard uncertainty based on any valid statistical method for treating data
NOTE Examples are calculating the standard deviation of the mean of a series of independent observations, using
the method of least squares to fit a curve to data in order to evaluate the parameters of the curve and their standard
deviations, and carrying out an analysis of variance in order to identify and quantify random effects in certain kinds of
measurements. If the measurement situation is especially complicated, one should consider obtaining the guidance of a
statistician.
3.7.2
type B evaluation of standard uncertainty
evaluation of standard uncertainty that is usually based on scientific judgment using all the relevant
information available
NOTE Relevant information can include
 previous measurement data,
 experience with, or general knowledge of, the behaviour and property of relevant materials and instruments,
 manufacturer’s specifications,
 data provided in calibration and other reports, and
 uncertainties assigned to reference data taken from handbooks.
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ISO/TS 16491:2012(E)
4 Symbols
For the purposes of this document, the symbols defined in ISO 5151, ISO 13253 and ISO 15042 and the
following apply.
Symbol Description Unit
e water vapour partial pressure Pa
e (T ) water vapour partial pressure at T Pa
w d d
f enhancement factor, considered as a constant value equal to 1 —
w
heat leakage coefficient between the indoor side compartment of the
-1
K W·K
S,i
calorimeter and its surroundings
heat leakage coefficient between the outdoor side compartment of the -1
K W·K
S,o
calorimeter and its surroundings
heat leakage coefficient between indoor side and outdoor side
-1
K W·K
S,p
compartments of the calorimeter through the separating partition
m dry air mass kg
a
-1
M dry air mass molar molar (kg·mol )
a
-1
M water vapour mass molar molar (kg·mol )
v
N number of sensors —
N number of values recorded during the acquisition time —
T
p atmospheric pressure Pa
p dry air partial pressure Pa
a
p water vapour partial pressure at wet-bulb temperature T Pa
w w
water flow rate through the coil of the indoor side compartment of the
q kg/s
iw
calorimeter
water flow rate through the coil of the outdoor side compartment of the
q kg/s
ow
calorimeter
R perfect gas constant —
T air dry bulb temperature °C
T air dew point temperature °C
d
T value measured by the sensor i —
i
T mean value measured by N sensors —
m
T air temperature in the indoor side compartment of the calorimeter °C
iam
T air temperature in the outdoor side compartment of the calorimeter °C
oam
air temperature in the surroundings of the indoor side compartment of the
T °C
iscm
calorimeter
air temperature in the surroundings of the outdoor side compartment of
T °C
oscm
the calorimeter
water inlet temperature to coil of the indoor side compartment of the
T °C
iwi
calorimeter
water outlet temperature to coil of the indoor side compartment of the
T °C
iwo
calorimeter
water inlet temperature to coil of the outdoor side compartment of the
T °C
owi
calorimeter
water outlet temperature to coil of the outdoor side compartment of the
T °C
owo
calorimeter
U(C ) indirect contribution to expanded uncertainty W
I
u(C ) indirect contribution to standard uncertainty W
I
3
V dry air volume m
 ratio of the water vapour mass molar to the dry air mass molar (0,62198) —
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5 Method of calculation
5.1 Calibration
This value is given in the calibration certificate.
This value is the calibration uncertainty which takes into account the reference instrument and the calibrated
instrument. The calibration uncertainty shall be at a confidence level of at least 95 %.
5.2 Correction
This quantity concerns here the calibration correction.
If this calibration correction is applied on the raw measurement of the instrument through a modelisation curve,
this term is the maximum difference between the correction model and the calibration results. If no correction
is applied on the raw measurement of the instrument, this correction is linearly added to the expanded
measurement uncertainty.
5.3 (Instrumental) drift
This value is calculated as the difference in successive calibration corrections.
5.4 Stability
The quantity is generally a mean of several instantaneous data measured in a given period of time. The
uncertainty component due to stability is calculated as the standard deviation of the instantaneous
measurements, and the standard uncertainty of the mean value is defined as this standard deviation divided
by the square root of the number of recorded data.
5.5 Uncertainty due to the lack of homogeneity
The uncertainty component due to homogeneity is calculated as the standard deviation of the individual
measurements, and the standard uncertainty of the mean value is defined as this standard deviation divided
by the square root of the number of probes.
6 Explanatory notes useful in laboratory application
6.1 Uncertainty
No measurement of a real quantity can be exact; there is always some error involved in the measurement.
Errors may arise because of measuring instruments not being exact, because the conditions of the test are
not precise, or for many other reasons, including human error. The likely magnitude of this error in
measurement is known as the uncertainty. Uncertainty may be expressed as a range of test results
(e.g. 10 kW  0,1 kW), or as a fraction or percentage of the test result (e.g. 10 kW  1 %).
6.2 Confidence level
Confidence level refers to the probability that the true result of a measurement lies within the range stated by
the uncertainty. For example, if the measurement of a power is given as 10,0 kW  1 % at a confidence level
of 95 %, this means that there is not more than 5 % probability that the true value of the power is outside the
range 9,90 kW to 10,10 kW. A confidence level of 95 % is usually used for engineering measurements; this
provides a good compromise between reliability of measurements and the cost of making those
measurements.
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ISO/TS 16491:2012(E)
6.3 Evaluation of errors
Two types of error evaluation are recognized by ISO Guide 98-3. A type A evaluation involves statistical
methods of evaluation of the errors, and may only be used where there are repeated measurements of the
same quantity. A type B evaluation is one using any other means, and may require the use of knowledge of
the measurement system, such as calibration certificates for instruments and experience in determining what
factors may produce errors in the measurement.
6.4 Steps in evaluation of uncertainty in measurements
To evaluate the uncertainty in a measurement, it is necessary to follow a series of steps.
a) A model of the measurement system must be developed, that lists all the factors that contribute to the
measurement.
b) Examination of this model will determine the magnitude of the contribution of each source of error to the
final measurement error.
c) In many cases the units of the final measurement will differ from the units of the various measurements
involved. For example, the measurement of the cooling capacity of an air-conditioner (in kilowatts, kW)
will involve the measurement of temperatures (in degrees Celsius, °C) or temperature differences
(in Kelvin, K). In these cases, it is necessary to determine weighting factors to describe the effect that
errors in these measurements will have on the final measurement of capacity. These weighting factors
are known as sensitivity coefficients.
d) Once all the factors contributing to the final measurement are evaluated, together with their sensitivity
coefficients, they must be combined to give the overall uncertainty in the final measurement.
6.5 Uncertainty of measurements
6.5.1 Uncertainty of individual measurements
The uncertainty of measurement of each individual measurement shall take into account the different
components of uncertainties as described below, where appropriate.
Table 1 — Components of uncertainties for individual measurements
Value from
Coverage factor, k
Source of Evaluation calibration Probability
[ISO/IEC Guide Standard uncertainty
uncertainty basis certificate or distribution
a
99:2007, 2.38]
actual value
U
Calibration
1
u 
Calibration U Normal 2
1
1
certificate
2
U
2
u 
Resolution Specifications U Rectangular
2 23
2
23
— — u
3
Calibration
Correction U (see 6.5.1 NOTE 1 (see 6.5.1 NOTE 1 (see 6.5.1 NOTE 1
3
certificate
and NOTE 2) and NOTE 2) and NOTE 2)
U
Calibration
4
u 
Drift U Rectangular
4 3
4
certificate
3
S
5
Standard deviation

S N
Stability (in time) Mean 5
T
on a mean value N
T
a
Number larger than one by which a combined standard measurement uncertainty is multiplied to obtain an expanded measurement
uncertainty.
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ISO/TS 16491:2012(E)
The expanded uncertainty, U, is thus calculated as follows.
a) If the calibration correction is applied:
2

S
22 222
5

U 2uuuuu (1)
12 3 4 i

N
T

NOTE 1 If the calibration correction value U is applied directly, then the evaluated value of u = 0. In case that the
3 3
averaged value of deviations at several calibration points is applied as correction factor, the value of u arising from
3
incomplete correction is evaluated from the variance of deviations remaining after the correction value has been applied to
each calibration data.
b) If the calibration correction is not applied:
2

S
22 22 5
U 2uuuuU (2)
12 4 i 3

N
T

NOTE 2 It should be avoided that the uncertainty is enlarged with no correction. However, if the correction value is
small compared to the uncertainty, there may be a case where correction is not needed. If the value of the calibration
correction U is entered in Equation (2), then u = 0.
3 3
6.5.2 Uncertainty of a mean value from several measurements
If several sensors are used for determining a mean value, this mean value is calculated with the following
equation:
N
T
 i
i1
T  (3)
m
N
The uncertainty of this mean value shall be calculated from the uncertainty of each individual measurement to
which an additional component for homogeneity is added as follows, assuming the individual measurements
to be correlated:
2
N

uT

 i 2

s
i1
uT ,

m  
N
N




leading to:
22
NN
  
UT

i
  
UT

22i
2
  
s s
ii11
(4)
UT22uT   2 
  
mm   
NN2
NN
  
  
  
  
where
u(T ) is the standard uncertainty on the mean value;
m
U(T ) is the expanded uncertainty on the mean value;
m
6 © ISO 2012 – All rights reserved

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ISO/TS 16491:2012(E)
u(T ) is the standard measurement uncertainty of the sensor i, determined according to Table 1;
i
U(T ) is the expanded measurement uncertainty of the sensor i, determined according to Table 1;
i
s is the standard deviation on the mean value (calculating from the N individual measurements, T ).
i
NOTE According to ISO/IEC Guide 98-3:2008, 5.2.2 NOTE 1, for the very special case where all of the input
estimates are correlated with correlation coefficients equal to 1, the uncertainty of measurements with the following
equation:
2
N

2

uy cux
cii

i1
22
NN
  

  
leads to, for the mean value, uT uT N uT N .

mii
  

ii11 

6.5.3 Uncertainty of a value obtained by using a smoothing curve
If a value, V(m), is determined from a measurement m and the use of a smoothing curve, then the term:
2
uV()m
shall be replaced by:
2

V
22
 
mum u V()m (5)
  
i i smooth
m



where
um is the standard uncertainty on each measurement m (determined according to Table 1);
i
i
uV ()m is the standard uncertainty component due to the smoothing of the law. Usually, this term
smooth
is evaluated as the maximum deviation between the smoothing curve and the
experimental measurements;
V
m is the derivative of the smoothing curve with respect to measurement m .
i
i
m
7 Evaluation of uncertainty — Calorimeter room method
This Clause describes general procedures and examples of the evaluation of uncertainties of total cooling
capacity and heating capacity of a unit when tested using the calorimeter room method.
For calorimeter room method, the uncertainty is developed in absolute value because the equation of
cooling/heating capacity is a sum of terms, which makes the expression of absolute uncertainty easier to write.
In the following clauses, the absolute standard uncertainty is determined, allowing to calculate both absolute
and relative uncertainty as follows.
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ISO/TS 16491:2012(E)
The expanded uncertainty is calculated as follows:
Uu 2() (6)

c x x
And the relative expanded uncertainty is obtained by dividing the expanded uncertainty by 
x
where  corresponds to:
x
  in Equation (10),
tci
  in Equation (16),
tco
  in Equation (22), and
hi
  in Equation (27).
ho
NOTE Similar calculation methods may be used to evaluate uncertainty of latent and/or sensible cooling capacity.
7.1 Cooling capacity test
7.1.1 Measured parameters affecting test result (in order of importance)
7.1.1.1 Cooling capacity measurement
 Heater power to calorimeter.
 Auxiliary power to calorimeter, including fans, lighting, etc.
 Humidifier input (this may be included in heater power).
 Indoor and outdoor wet-bulb temperature.
 Indoor and outdoor dry-bulb temperature.
 Calculation of losses through separating partition.
 Calculation of losses through other walls (will be more significant with calibrated-room method).
 Evaluation of losses between power measurement point and the boundary of calorimeter. These losses
may occur where power measurements are made at a point remote from the calorimeter boundary
leading to unknown losses between the measurement point and the calorimeter boundary due to cable
resistance.
 Condensed water flow rate from calorimeter.
 Condensed water temperature from calorimeter.
 Water flow rate entering the calorimeter.
 Water temperature entering the calorimeter.
8 © ISO 2012 – All rights reserved

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ISO/TS 16491:2012(E)
7.1.1.2 Total power input measurement
 Electrical power.
 Calculation of losses between measurement point and connection point of the unit under test. These
losses may occur where power measurements are made at a point remote from the unit leading to
unknown losses between the measurement point and the unit due to cable resistance.
7.1.2 Cooling capacity — Indoor side measurements
The total cooling capacity measured on the indoor side of the calorimeter is expressed as follows:
P hhW  (7)

tci  ic w1 w2 r lp li
according to the energy flows described in Figure 1.
Ø
li
Ø Ø
lp lo
Ø
tco
∑
P
ic
Ø
c
2
Ø
tci
∑
P
oc
31
(h  – h  )W P (h  – h  )W
w1 w2 r t w3 w2 r

Key
1 outdoor-side compartment
2 unit under test
3 indoor-side compartment
Figure 1 — Calorimeter energy flows — cooling mode

The definitions of the terms used are those given in ISO 5151.
Moreover,  is the heat leakage flow through the separating partition. This term is calculated as:
lp
KT()T (8)
lp S,p oam iam
where K is evaluated by calibration of the calorimeter room.
S,p
© ISO 2012 – All rights reserved 9

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ISO/TS 16491:2012(E)
 is the heat leakage flow through walls, floor, and ceiling out of the indoor-side compartment, calculated as:
li
KT()T (9)
li S,i iscm iam
where K is evaluated by calibration of the calorimeter room.
S,i
7.1.2.1 Uncertainty calculation — General case
The combined standard uncertainty calculation is given by the general Equation (10).
As an example of calculation using Equation (10), Table A.1 is shown in Annex A.
2
22 22 22 2
uu PWuh WuhhhuW
  
c tci ic r w1 r w2 w1 w2 r
2
22
22 2
TTuK TT uKK uT (10)
  
 
oam iam S,p iscm iam S,i S,p oam
2 2
222
KuT K KuTuC
  
 
S,i iscm S,p S,i iam I
The term u(C ) may be calculated according to Annex B. If the calculation is not made according to Annex B, a
I
value of 1,5 % of the measured capacity shall be used for the standard uncertainty value u(C ).
I
7.1.2.2 Uncertainty calculation -– Specific cases
 In case individual power inputs for the different electrical components in the indoor side compartment are
2
measured with different individual uncertainties, the term uP shall be replaced by a sum of
 
ic
individual terms:
22 2 2
uP() u Pu Pu (P ) . (11)
  
ic 1 2 3
 In cases where a brine solution is used in the heat exchanger reconditioning system of the calorimeter
room, an additional term due to the change of enthalpy of brine with temperature and density shall be
included in Equation (10). When using water, this additional term is not required.
 In case of the use of additional auxiliary cooling and/or humidifying equipment, the corresponding
uncertainty shall be added to the uncertainty measured using Equation (10).
7.1.3 Coo
...

SPÉCIFICATION ISO/TS
TECHNIQUE 16491
Première édition
2012-12-01


Lignes directrices pour l'évaluation de
l'incertitude de mesure lors des essais de
puissance frigorifique et calorifique des
climatiseurs et des pompes à chaleur
Guidelines for the evaluation of uncertainty of measurement in air
conditioner and heat pump cooling and heating capacity tests




Numéro de référence
ISO/TS 16491:2012(F)
©
ISO 2012

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ISO/TS 16491:2012(F)

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ISO/TS 16491:2012(F)
Sommaire Page
Avant-propos . iv
Introduction . v
1  Domaine d’application . 1
2  Références normatives . 1
3  Termes et définitions . 1
3.7  Types d’évaluation des erreurs . 2
4  Symboles . 3
5  Méthode de calcul . 4
5.1  Étalonnage . 4
5.2  Correction . 4
5.3  Dérive (instrumentale) . 5
5.4  Stabilité . 5
5.5  Incertitude liée au manque d’homogénéité . 5
6  Notes explicatives utiles pour l’application en laboratoire . 5
6.1  Incertitude . 5
6.2  Niveau de confiance . 5
6.3  Évaluation des erreurs . 5
6.4  Étapes d’évaluation de l’incertitude de mesure . 5
6.5  Incertitude de mesure . 6
7  Évaluation de l’incertitude — Méthode de la chambre calorimétrique . 8
7.1  Essai de puissance frigorifique . 9
7.2  Essai de puissance calorifique . 12
8  Évaluation de l’incertitude – Méthode enthalpique sur l’air . 16
8.1  Essai de puissance frigorifique . 17
8.2  Essai de puissance calorifique . 18
8.3  Incertitude de mesure du débit d’air volumique . 19
Annexe A (normative) Feuilles de bilan d’incertitude . 20
Annexe B (informative) Détermination de la contribution indirecte à l’incertitude, U(C ) . 29
I
Bibliographie . 30

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ISO/TS 16491:2012(F)
Avant-propos
L'ISO (Organisation internationale de normalisation) est une fédération mondiale d'organismes nationaux de
normalisation (comités membres de l'ISO). L'élaboration des Normes internationales est en général confiée
aux comités techniques de l'ISO. Chaque comité membre intéressé par une étude a le droit de faire partie du
comité technique créé à cet effet. Les organisations internationales, gouvernementales et non
gouvernementales, en liaison avec l'ISO participent également aux travaux. L'ISO collabore étroitement avec
la Commission électrotechnique internationale (CEI) en ce qui concerne la normalisation électrotechnique.
Les Normes internationales sont rédigées conformément aux règles données dans les Directives ISO/CEI,
Partie 2.
La tâche principale des comités techniques est d'élaborer les Normes internationales. Les projets de Normes
internationales adoptés par les comités techniques sont soumis aux comités membres pour vote. Leur
publication comme Normes internationales requiert l'approbation de 75 % au moins des comités membres
votants.
Dans d'autres circonstances, en particulier lorsqu'il existe une demande urgente du marché, un comité
technique peut décider de publier d'autres types de documents:
— une Spécification publiquement disponible ISO (ISO/PAS) représente un accord entre les experts dans
un groupe de travail ISO et est acceptée pour publication si elle est approuvée par plus de 50 % des
membres votants du comité dont relève le groupe de travail;
— une Spécification technique ISO (ISO/TS) représente un accord entre les membres d'un comité technique
et est acceptée pour publication si elle est approuvée par 2/3 des membres votants du comité.
Une ISO/PAS ou ISO/TS fait l'objet d'un examen après trois ans afin de décider si elle est confirmée pour trois
nouvelles années, révisée pour devenir une Norme internationale, ou annulée. Lorsqu'une ISO/PAS ou
ISO/TS a été confirmée, elle fait l'objet d'un nouvel examen après trois ans qui décidera soit de sa
transformation en Norme internationale soit de son annulation.
L'attention est appelée sur le fait que certains des éléments du présent document peuvent faire l'objet de
droits de propriété intellectuelle ou de droits analogues. L'ISO ne saurait être tenue pour responsable de ne
pas avoir identifié de tels droits de propriété et averti de leur existence.
L'ISO/TS 16491 a été élaborée par le comité technique ISO/TC 86, Froid et climatisation, sous-comité SC 6,
Essai et étalonnage des climatiseurs et pompes à chaleur.
iv © ISO 2012 – Tous droits réservés

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ISO/TS 16491:2012(F)
Introduction
La présente Spécification technique est destinée à constituer un guide pratique pour aider le personnel de
laboratoire à évaluer les incertitudes de mesure de la puissance frigorifique et de la puissance calorifique des
climatiseurs. Elle contient une brève introduction aux bases théoriques de calcul ainsi que des exemples de
feuilles de bilan d’incertitude pouvant être utilisées comme base pour la détermination de l’incertitude de
mesure.

© ISO 2012 – Tous droits réservés v

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SPÉCIFICATION TECHNIQUE ISO/TS 16491:2012(F)

Lignes directrices pour l'évaluation de l'incertitude de mesure
lors des essais de puissance frigorifique et calorifique
des climatiseurs et des pompes à chaleur
1 Domaine d’application
La présente Spécification technique donne des lignes directrices pour les applications pratiques des principes
de mesure de la performance des climatiseurs à condensation par air et des pompes à chaleur air/air tels que
décrits dans l’ISO 5151, l’ISO 13253 et l’ISO 15042.
2 Références normatives
Les documents de référence suivants sont indispensables pour l’application du présent document. Pour les
références datées, seule l’édition citée s’applique. Pour les références non datées, la dernière édition du
document de référence s’applique (y compris les éventuels amendements).
Guide ISO/CEI 99, Vocabulaire international de métrologie ― Concepts fondamentaux et généraux et termes
associés (VIM)
Guide ISO/CEI 98-3, Incertitude de mesure ― Partie 3: Guide pour l’expression de l’incertitude de mesure
(GUM:1995)
ISO 3534-1, Statistique ― Vocabulaire et symboles ― Partie 1: Termes statistiques généraux et termes
utilisés en calcul des probabilités
ISO 5151, Climatiseurs et pompes à chaleur non raccordés ― Essais et détermination des caractéristiques de
performance
ISO 13253, Climatiseurs et pompes à chaleur air/air raccordés ― Essais et détermination des caractéristiques
de performance
ISO 15042, Climatiseurs et pompes à chaleur air/air multi-split ― Essais et détermination des caractéristiques
de performance
3 Termes et définitions
Pour les besoins du présent document, les termes et définitions donnés dans le Guide ISO/CEI 99, le
Guide ISO/CEI 98-3, l'ISO 3534-1, l'ISO 5151, l'ISO 13253 et l'ISO 15042 s’appliquent.
NOTE Les définitions des termes de 3.1 à 3.5 ont été reprises du Guide ISO/CEI 99:2007, 2.39, 4.14, 2.53, 4.21 et
4.19, respectivement, et sont répétées ici pour une référence facile.
3.1
étalonnage
opération qui, dans des conditions spécifiées, établit en une première étape une relation entre les valeurs et
les incertitudes de mesure associées qui sont fournies par des étalons et les indications correspondantes
© ISO 2012 – Tous droits réservés 1

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ISO/TS 16491:2012(F)
avec les incertitudes associées, puis utilise en une seconde étape cette information pour établir une relation
permettant d’obtenir un résultat de mesure à partir d’une indication.
[SOURCE: Guide ISO/CEI 99:2007, 2.39]
3.2
résolution
plus petite variation de la grandeur mesurée qui produit une variation perceptible de l’indication
correspondante
[SOURCE: Guide ISO/CEI 99:2007, 4.14]
NOTE Dans le cas d’un instrument numérique, cette valeur correspond à la valeur du dernier chiffre significatif de la
lecture de l’instrument. Cette valeur peut être différente sur la plage globale d’un instrument.
3.3
correction
modification appliquée à une grandeur mesurée pour compenser un effet systématique connu
[SOURCE: Guide ISO/CEI 99:2007, 2.53, modifié]
3.4
dérive (instrumentale)
variation continue d’une indication, qui n’est liée ni à une variation de la grandeur mesurée, ni à une variation
d’une grandeur d’influence identifiée
[SOURCE: Guide ISO/CEI 99:2007, 4.21, modifié]
3.5
stabilité
propriété d’un instrument de mesure selon laquelle celui-ci conserve ses propriétés métrologiques constantes
au cours du temps
[SOURCE: Guide ISO/CEI 99:2007, 4.19, modifié]
3.6
incertitude due au manque d’homogénéité
composante s’appliquant spécifiquement aux mesurages de la température de l’air lorsque plusieurs sondes
sont utilisées simultanément
NOTE Dans ce cas, la valeur de la température de l’air utilisée dans le calcul de la puissance calorifique est la
moyenne des mesures des différentes sondes
3.7 Types d’évaluation des erreurs
3.7.1
évaluation de type A de l’incertitude-type
évaluation de l’incertitude-type reposant sur toute méthode statistique valable pour le traitement des données.
NOTE Cela consiste par exemple à calculer l’écart-type de la moyenne d’une série d’observations indépendantes en
utilisant la méthode des moindres carrés pour ajuster une courbe aux données afin d’évaluer les paramètres de la courbe
et leurs écarts-types, et à réaliser une analyse de la variance pour identifier et quantifier les effets aléatoires dans certains
types de mesurages. Si la situation de mesurage est particulièrement complexe, il convient d’envisager de demander
l’aide d’un statisticien.
3.7.2
évaluation de type B de l’incertitude-type
évaluation de l’incertitude-type qui repose généralement sur un jugement scientifique fondé sur toutes les
informations pertinentes disponibles
2 © ISO 2012 – Tous droits réservés

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ISO/TS 16491:2012(F)
NOTE Les informations pertinentes peuvent inclure:
 des résultats de mesures antérieures;
 l’expérience ou la connaissance générale du comportement et des propriétés des matériaux et instruments utilisés;
 les spécifications du fabricant;
 les données fournies par des certificats d’étalonnage ou autres rapports;
 l’incertitude assignée à des valeurs de référence provenant d’ouvrages et manuels.
4 Symboles
Pour les besoins du présent document, les symboles définis dans l’ISO 5151, l’ISO 13253 et l’ISO 15042 ainsi
que les suivants s’appliquent.
Symbole Description Unité
e pression partielle de la vapeur d’eau Pa
e (T ) pression partielle de la vapeur d’eau à T Pa
w d d
f facteur d’amélioration considéré comme une valeur —
w
constante égale à 1
-1
K coefficient de déperdition de chaleur entre l’enceinte côté W·K
S,i
intérieur de la chambre calorimétrique et son
environnement
-1
K coefficient de déperdition de chaleur entre l’enceinte côté W·K
S,o
extérieur de la chambre calorimétrique et son
environnement
-1
K coefficient de déperdition de chaleur entre les enceintes W·K
S,p
côté intérieur et côté extérieur de la chambre
calorimétrique à travers la cloison de séparation
m masse de l’air sec kg
a
-1
M masse molaire de l’air sec molaire (kg·mol )
a
-1
M masse molaire de la vapeur d’eau molaire (kg·mol )
v
N nombre de capteurs —
N nombre de valeurs enregistrées au cours du temps —
T
d’acquisition
p pression atmosphérique Pa
p pression partielle de l’air sec Pa
a
p pression partielle de la vapeur d’eau à la température Pa
w
humide T
w
q débit d’eau dans l’échangeur de l’enceinte côté intérieur kg/s
iw
de la chambre calorimétrique
q débit d’eau dans l’échangeur de l’enceinte côté extérieur kg/s
ow
de la chambre calorimétrique
—
R constante des gaz parfaits
T température sèche de l’air °C
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ISO/TS 16491:2012(F)
Symbole Description Unité
T température du point de rosée de l’air °C
d
T valeur mesurée par le capteur i —
i
T valeur moyenne mesurée par N capteurs —
m
T température de l’air dans l’enceinte côté intérieur de la °C
iam
chambre calorimétrique
T température de l’air dans l’enceinte côté extérieur de la °C
oam
chambre calorimétrique
T température de l’air dans l’environnement de l’enceinte °C
iscm
côté intérieur de la chambre calorimétrique
T température de l’air dans l’environnement de l’enceinte °C
oscm
côté extérieur de la chambre calorimétrique
T température d’entrée de l’eau dans l’échangeur de °C
iwi
l’enceinte côté intérieur de la chambre calorimétrique
T température de sortie de l’eau de l’échangeur de °C
iwo
l’enceinte côté intérieur de la chambre calorimétrique
T température d’entrée de l’eau de l’échangeur de °C
owi
l’enceinte côté extérieur de la chambre calorimétrique
T température de sortie de l’eau de l’échangeur de °C
owo
l’enceinte côté extérieur de la chambre calorimétrique
U(C ) contribution indirecte à l'incertitude élargie W
I
u(C ) contribution indirecte à l'incertitude-type W
I
3
V
volume de l’air sec m
rapport de la masse molaire de la vapeur d’eau sur la —

masse molaire de l’air sec (0,62198)

5 Méthode de calcul
5.1 Étalonnage
Cette valeur est indiquée dans le certificat d’étalonnage.
Elle correspond à l’incertitude d’étalonnage qui prend en compte l’instrument de référence et l’instrument
étalonné. L’incertitude d’étalonnage doit avoir un niveau de confiance d’au moins 95 %.
5.2 Correction
Cette grandeur concerne dans le cas présent la correction de l’étalonnage.
Si cette correction d’étalonnage est appliquée à la mesure brute de l’instrument par l’intermédiaire d’une
courbe de modélisation, ce terme correspond à la différence maximale entre le modèle de correction et les
résultats d’étalonnage. Si aucune correction n’est appliquée à la mesure brute de l’instrument, cette correction
est ajoutée linéairement à l’incertitude élargie.
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ISO/TS 16491:2012(F)
5.3 Dérive (instrumentale)
Cette valeur correspond à la différence entre des corrections d’étalonnage successives.
5.4 Stabilité
Cette grandeur est généralement une moyenne de plusieurs données instantanées mesurées pendant une
période donnée. La composante de l’incertitude due à la stabilité est calculée sous forme d’écart-type des
mesures instantanées, et l’incertitude-type de la valeur moyenne est définie comme étant cet écart-type divisé
par la racine carrée du nombre de données enregistrées.
5.5 Incertitude liée au manque d’homogénéité
La composante de l’incertitude liée à l’homogénéité est calculée sous forme d’écart-type des mesures
individuelles, et l’incertitude-type de la valeur moyenne est définie comme étant cet écart-type divisé par la
racine carrée du nombre de sondes.
6 Notes explicatives utiles pour l’application en laboratoire
6.1 Incertitude
Aucun mesurage d’une grandeur réelle ne peut être exact; il existe toujours une erreur de mesure. Les
erreurs peuvent être dues à des instruments de mesure qui ne sont pas exacts, à des conditions d’essai qui
ne sont pas précises ou à de nombreux autres facteurs, notamment l’erreur humaine. L’ordre de grandeur
probable de cette erreur de mesure est connu sous le nom d’incertitude. L’incertitude peut être exprimée sous
la forme d’une plage de résultats d’essai (par exemple 10 kW ± 0,1 kW) ou sous la forme d’une fraction ou
d’un pourcentage du résultat d’essai (par exemple 10 kW ± 1 %).
6.2 Niveau de confiance
Le niveau de confiance fait référence à la probabilité que le résultat vrai d’un mesurage se situe dans la plage
indiquée par l’incertitude. Par exemple, si le mesurage d’une puissance est de 10,0 kW ± 1 % avec un niveau
de confiance de 95 %, cela signifie que la probabilité que la valeur vraie de la puissance soit située hors de la
plage de 9,90 kW à 10,10 kW est au maximum de 5 %. Un niveau de confiance de 95 % est généralement
utilisé pour les mesurages d’ingénierie; il s’agit d’un bon compromis entre la fiabilité des mesurages et le coût
de réalisation de ces mesurages.
6.3 Évaluation des erreurs
Deux types d’évaluations des erreurs sont reconnus par le Guide ISO/CEI 98-3. Une évaluation de type A
implique des méthodes statistiques d’évaluation des erreurs et ne peut être utilisée qu’en cas de mesurages
répétés de la même grandeur. Une évaluation de type B utilise tout autre moyen et peut nécessiter de se
servir des connaissances disponibles sur le système de mesure, par exemple les certificats d’étalonnage des
instruments et l’expérience, pour déterminer les facteurs sont susceptibles d’engendrer des erreurs de
mesure.
6.4 Étapes d’évaluation de l’incertitude de mesure
Pour évaluer l’incertitude de mesure, il est nécessaire de suivre une série d’étapes:
a) un modèle de système de mesure répertoriant tous les facteurs qui contribuent à la mesure doit être mis
au point;
b) l’examen de ce modèle déterminera l’ordre de grandeur de la contribution de chaque source d’erreur à
l’erreur de mesure finale;
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ISO/TS 16491:2012(F)
c) dans de nombreux cas, les unités de la mesure finale diffèreront des unités des différentes mesures
impliquées. Par exemple, le mesurage de la puissance frigorifique d’un climatiseur (en kilowatts, KW)
impliquera le mesurage des températures (en degrés Celsius, ou °C) ou des écarts de température (en
Kelvin, K). Dans ce cas, il est nécessaire de déterminer des facteurs de pondération pour décrire l’effet
que ces erreurs de mesure auront sur la mesure finale de la puissance. Ces facteurs de pondération sont
connus sous le nom de coefficients de sensibilité;
d) une fois que tous les facteurs contribuant à la mesure finale ont été évalués, avec leurs coefficients de
sensibilité, ils doivent être combinés pour obtenir l’incertitude globale de la mesure finale.
6.5 Incertitude de mesure
6.5.1 Incertitude de mesures individuelles
L’incertitude de mesure de chaque mesure individuelle doit prendre en compte les différentes composantes
des incertitudes telles que décrites ci-après, le cas échéant.
Tableau 1 — Composantes des incertitudes pour des mesures individuelles
Valeur
Facteur
du certificat
Source Base de Loi de d’élargissement, k
d’étalonnage Incertitude-type
d’incertitude l’évaluation probabilité [Guide ISO/CEI 99:2007,
ou valeur
a
2.38]
réelle
U
Certificat
1
u 
2
Étalonnage U Normale
1 1
2
d’étalonnage

U
2
u 
Résolution Spécifications U Rectangulaire 23
2 2
23
— u
3
—
Certificat (voir 6.5.1,
(voir 6.5.1,
Correction U (voir 6.5.1, NOTE 1 et
3
d’étalonnage NOTE 1 et
NOTE 1 et
NOTE 2)
NOTE 2)
NOTE 2)
U
Certificat
4
u 
Dérive U Rectangulaire 3
4 4
d’étalonnage 3
Écart-type sur
S
5
Stabilité (dans
N
Moyenne S une valeur
5 T
N

le temps)
T
moyenne
a
Nombre supérieur à un par lequel une incertitude-type composée est multipliée pour obtenir une incertitude de mesure élargie.

L’incertitude élargie, U, est donc calculée comme suit:
a) Si la correction de l’étalonnage est appliquée:
2

S
22 222 5
U 2uuuuu
12 3 4 i

N
T

(1)
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ISO/TS 16491:2012(F)
NOTE 1 Si la valeur de correction de l’étalonnage U est appliquée directement, la valeur évaluée de u = 0. Si la valeur
3 3
moyennée des écarts en différents points d’étalonnage est appliquée comme facteur de correction, la valeur de u
3
provenant de la correction incomplète est évaluée à partir de la variance des écarts présents après avoir appliqué la
valeur de correction à chaque donnée d’étalonnage.
b) Si la correction de l’étalonnage n’est pas appliquée:
2

S
22 22 5
U 2uuuuU
12 4 i 3

N
T

(2)
NOTE 2 Il convient d’éviter d’élargir l’incertitude sans aucune correction. Cependant, si la valeur de correction est
petite comparée à l’incertitude, il peut arriver que la correction ne soit pas nécessaire. Si la valeur de la correction de
l’étalonnage U est introduite dans l’Équation (2), alors u = 0.
3 3
6.5.2 Incertitude de la valeur moyenne de plusieurs mesures
Si plusieurs capteurs sont utilisés pour déterminer une valeur moyenne, cette valeur moyenne est calculée
selon l’équation suivante:
N
T
 i
i1
(3)
T 
m
N
L’incertitude de cette valeur moyenne doit être calculée à partir de l’incertitude de chaque mesure individuelle
à laquelle une composante supplémentaire d’homogénéité est ajoutée de la manière suivante, en supposant
que les mesures individuelles sont corrélées:
2
N


uT

i
 2
 
s
i1

uT
 
m
N N




d’où
22
NN
  
UT

i
  
UT

22i
2
  
ss 
ii11
UT22uT   2 
  
mm    (4)
NN2
N N
  
  
  
  
où
u(T ) est l’incertitude-type de la valeur moyenne;
m
U(T ) est l’incertitude élargie de la valeur moyenne;
m
u(T ) est l’incertitude-type de mesure du capteur i, déterminée conformément au Tableau 1;
i
U(T ) est l’incertitude élargie de mesure du capteur i, déterminée conformément au Tableau 1;
i
s est l’écart-type de la valeur moyenne (calculé à partir de N mesures individuelles, T ).
i
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ISO/TS 16491:2012(F)
NOTE Selon le Guide ISO/CEI 98-3:2008, 5.2.2, NOTE 1, dans le cas tout à fait spécial où la totalité des estimations
d’entrée est corrélée avec des coefficients de corrélation égal à 1, l’équation se réduit à
2
N

2
uy cux
  
cii

i1

22
NN
  

Pour la valeur moyenne, on obtient: uT u T N  uT N
  

mii
  

ii11 

6.5.3 Incertitude d’une valeur obtenue en utilisant une courbe de lissage
Si une valeur V(m) est déterminée à partir d’une mesure m et qu’une courbe de lissage est utilisée, alors le
terme suivant:
2
uV()m
 
doit être remplacé par:
2

V
22
(5)
 mum u V()m
  
i i smooth
m



où
est l’incertitude-type de chaque mesure m (déterminée conformément au Tableau 1);
um
 i
i

est la composante de l’incertitude-type due au lissage de la loi. En règle générale, ce
uV()m
 
smooth

terme est évalué comme l’écart maximal entre la courbe de lissage et les mesures
expérimentales;
est la dérivée de la courbe de lissage pour la mesure m .
V
i

m
i
m
7 Évaluation de l’incertitude — Méthode de la chambre calorimétrique
Le présent article décrit les modes opératoires généraux et donne des exemples d’évaluation des incertitudes
des puissances frigorifique et calorifique totales d’une unité lorsque les essais sont réalisés avec la méthode
de la chambre calorimétrique.
Pour la méthode de la chambre calorimétrique, l’incertitude est développée en valeur absolue car l’équation
de la puissance frigorifique/calorifique est une somme de termes, ce qui simplifie l’expression de l’incertitude
en valeur absolue.
Dans les articles suivants, l’incertitude-type absolue est déterminée, ce qui permet de calculer à la fois
l’incertitude absolue et l’incertitude relative de la manière suivante:
L’incertitude élargie est calculée comme suit:
Uu 2() (6)
 
c x x
et l’incertitude élargie relative est obtenue en divisant l’incertitude élargie par  .
x
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ISO/TS 16491:2012(F)
où  correspond respectivement à
x
  dans l’Équation (10),
tci
  dans l’Équation (16),
tco
  dans l’Équation (22), et
hi
  dans l’Équation (27).
ho
NOTE Des méthodes de calcul similaires peuvent être utilisées pour évaluer l’incertitude de la puissance frigorifique
latente et/ou sensible.
7.1 Essai de puissance frigorifique
7.1.1 Paramètres mesurés affectant le résultat d’essai (par ordre d’importance)
7.1.1.1 Mesurage de la puissance frigorifique
 Puissance de chauffage de la chambre calorimétrique;
 puissance auxiliaire de la chambre calorimétrique, y compris les ventilateurs, l’éclairage, etc.;
 puissance de l’humidificateur (peut être incluse dans la puissance de chauffage);
 température humide intérieure et extérieure;
 température sèche intérieure et extérieure;
 calcul des pertes à travers la cloison de séparation;
 calcul des pertes par d’autres murs (seront plus significatives avec la méthode de la chambre
calorimétrique à pertes étalonnées);
 évaluation des pertes entre le point de mesure de la puissance et la limite de la chambre calorimétrique.
Ces pertes peuvent survenir lorsque les mesurages de puissance sont réalisés en un point éloigné de la
limite de la chambre calorimétrique, ce qui conduit à des pertes inconnues entre le point de mesure et la
limite de la chambre calorimétrique dues à la résistance du câble;
 débit de l’eau condensée sortant de la chambre calorimétrique;
 température de l’eau condensée sortant de la chambre calorimétrique;
 débit de l’eau entrant dans la chambre calorimétrique;
 température de l’eau entrant dans la chambre calorimétrique.
7.1.1.2 Mesurage de la puissance absorbée totale
 Puissance électrique;
 calcul des pertes entre le point de mesure et le point de raccordement de l’unité soumise à l’essai. Ces
pertes peuvent survenir lorsque les mesurages de puissance sont réalisés en un point éloigné de l’unité,
ce qui conduit à des pertes inconnues entre le point de mesure et l’unité dues à la résistance du câble.
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ISO/TS 16491:2012(F)
7.1.2 Puissance frigorifique — Mesurages côté intérieur
La puissance frigorifique totale mesurée du côté intérieur de la chambre calorimétrique est exprimée comme
suit:
P hhW 

tci  ic w1 w2 r lp li
(7)
selon les flux d’énergie décrits à la Figure 1.
Ø
li
Ø Ø
lp lo
Ø
tco
∑
P
ic
Ø
c
2
Ø
tci
∑
P
oc
31
P
(h  – h  )W (h  – h  )W
w1 w2 r t w3 w2 r

Légende
1 côté extérieur
2 unité soumi
...