變頻空調(diào)器能效的試驗驗證與優(yōu)化分析

楊新國 劉 健

（廣東TCL智能暖通設(shè)備有限公司 中山 528427）

引言

空調(diào)能效標準作為產(chǎn)品節(jié)能控制的有效手段，已被各國普遍采用，但因地理經(jīng)濟水平等客觀因素導(dǎo)致各國能效標準水平不一而足[1]，我國空調(diào)與熱泵的能效標準，風(fēng)冷從單一工況的制冷能效比 EE R或性能系數(shù) COP，發(fā)展到 SEE R 和供熱季節(jié)性能系數(shù) HSPF；水冷從單一工況 COP，發(fā)展到綜合部分負荷系數(shù) IPLV[2]。2020年空調(diào)能效新國標GB 21455-2019《房間空氣調(diào)節(jié)器能效限定值及能效等級》已正式實施，首次將變頻空調(diào)和定頻空調(diào)的能效標準統(tǒng)一起來,整體提升空調(diào)的能效入門標準[3]。

而海外市場也于2020年7月1日發(fā)布Portaria 234-2020，對Portaria 7-2011和Portaria 643-2012規(guī)定的空調(diào)能效標識計劃中的合格評定要求進行改進，對于分體式空調(diào)器：2022年12月31日起，巴西國內(nèi)制造商必須確保制造或進口的產(chǎn)品必須滿足表新能效等級要求[4]，2023年6月30日起，在巴西市場上所有銷售的產(chǎn)品必須滿足新能效等級要求[4]，2024年6月30日起，在巴西市場上分銷或貿(mào)易活動中的產(chǎn)品必須滿足新能效等級要求[4]，能效標準的逐步提升對節(jié)約能源和減少環(huán)境污染起到重要作用[5]。

本文將通過試驗驗證不同測試方法及不同參數(shù)對機組綜合能效的實際影響，用于后續(xù)海外市場同類產(chǎn)品開發(fā)參考。

1 測試介紹

我國房間空調(diào)器APF測試時，主要測試四個工況點，額定工況點，中間點，最小點，低溫點，綜合計算最終的能效值進行能效等級的判定；巴西市場前期是單點能效的測試進行能效考核，現(xiàn)針對定變頻機組均已提出新能效測定的方法，后續(xù)采用新能效標準進行考核，下文主要介紹變頻機組能效測試方法。

如表1所示為巴西市場新能效測試所對應(yīng)的測試工況，其中Test1和Test2為必測點，Test1能力要求達到標稱能力的92 %以上，Test2能力要求到達標稱能力的45～55 %，Test3為選測點，其能力要求達到標稱能力的45～55 %。

表1 測試工況

巴西新能效IDRS計算參照ISO 16358-1進行，29 ℃低溫中間負荷點根據(jù)實際測試情況，選擇對應(yīng)的計算方式即可。

2 實驗驗證

本文以頂出風(fēng)外機搭配座吊內(nèi)機為測試研究對象，系統(tǒng)原理圖如圖1所示，采用冷媒散熱方式，散熱板前后均設(shè)置電子膨脹閥，機組制冷/熱的時候分別采用電子膨脹閥1、2進行節(jié)流，而散熱板前的電子膨脹閥在對應(yīng)模式下固定開度不變，避免控制板出現(xiàn)凝露現(xiàn)象，以此更好的保證機組的可靠運行，實現(xiàn)制冷制熱的最優(yōu)效果。

圖1 冷媒散熱系統(tǒng)原理圖

2.1 試驗設(shè)置

測試樣機配置，如表2所示。

表2 試驗樣機配置

選用6 p焓差式控制實驗臺，用于提供實驗所需的室內(nèi)工況和室外工況，控制精度干球為±0.3 ℃，濕球±0.2 ℃。利用溫度傳感器采集室內(nèi)/外側(cè)的溫度，精度為±0.1 ℃，數(shù)據(jù)的記錄間隔為5 s。

2.2 測試方案

空調(diào)機組運行過程中，對能力能效產(chǎn)生影響的參數(shù)較多（包含不同計算方法），分析認為不同參數(shù)對能力能效的影響呈拋物線趨勢，系統(tǒng)匹配的最佳效果就是各參數(shù)均處在最高拐點的附近，保證綜合能效的最優(yōu)化。

本文重點驗證如下因素的影響：

1）計算方法：對比兩點法和三點法（加入選測測試點）對綜合能效的影響；

2）對比外機直流電機轉(zhuǎn)速對單負荷點能力能效的影響；

3）對比交直流電機方案對綜合能效的影響。

測試評價依據(jù)實際測試的能力能效進行對比分析，每項測試只針對一個測試參數(shù)改變調(diào)整，為保證試驗的準確性，對不同批次機組相同參數(shù)設(shè)置下的測試效果也進行了相關(guān)試驗驗證。

3 試驗結(jié)果及分析

3.1 計算方法的對比分析

不同的計算方法對綜合能效的計算結(jié)果有較大的影響，由圖2可知，采用三點法計算，即加入29 ℃中間負荷選測點，在保證其余兩個負荷點數(shù)據(jù)一致的情況下，隨35 ℃中間負荷點單點能效的提升，綜合能效計算值反而呈現(xiàn)逐步下降的趨勢。

圖2 EER對IDRS的影響

而采用兩點法計算，在保證35 ℃額定負荷點一致的情況下，由圖3可知，此時隨35 ℃中間負荷點單點能效的提升，綜合能效計算值呈現(xiàn)逐步增大的趨勢，中間負荷點的加入綜合能效相比額定點單點能效有較大的提升效果。

圖3 EER對IDRS的影響

對比兩點法和三點法的測試效果，在35 ℃中間負荷點取較高能效時（對兩點法計算有增加趨勢，對三點法計算有減小趨勢），由表3可知，此時三點法計算綜合能效相比兩點法提升了12.9 % ；而當35 ℃中間負荷點取較低能效時（對兩點法計算有減小趨勢，對三點法計算有增加趨勢），由表3可知，此時三點法計算綜合能效相比兩點法提升了46.3% ；三點法計算中間負荷點取較低能效有利，兩點法計算中間負荷點取較高能效值有利，兩種計算方法均取最優(yōu)值，三點法較兩點法提升23.4% 。

表3 不同計算方法比較

對于內(nèi)銷產(chǎn)品，單點能力能效對APF的影響都是正相關(guān)關(guān)系，而巴西能效三點法的計算方式則出現(xiàn)35 ℃中間負荷點能效與綜合能效呈負相關(guān)的關(guān)系，因此針對此類產(chǎn)品，測試時該中間負荷點要取能力高能效低的點，在滿足能力要求的基礎(chǔ)上（45～55 %），壓縮機盡可能選擇較大的運行頻率；確定壓縮機運行頻率后，調(diào)節(jié)其它可控參數(shù)，盡可能提升能力降低能效則綜合能效最優(yōu)。

3.2 交直流電機方案的對比分析

搭配座吊內(nèi)機采用交流電機，通過三點法計算綜合能效，主要對比外機直流電機轉(zhuǎn)速變化對三個負荷點能力能效的影響；在相應(yīng)的負荷點，固定壓縮機頻率和閥開度，內(nèi)電機高風(fēng)檔，外電機轉(zhuǎn)速手動調(diào)節(jié)，由圖4可知，在35 ℃額定點和中間點，隨轉(zhuǎn)速提升，能力都呈現(xiàn)先增后減的趨勢，29 ℃中間點，隨轉(zhuǎn)速提升，能力基本無變化；電機轉(zhuǎn)速改變，外側(cè)冷凝器換熱效果發(fā)生變化，轉(zhuǎn)速的逐步提升，不同負荷工況下對應(yīng)不同的轉(zhuǎn)速點會有一個極限點，達到能力最優(yōu)，此時外機轉(zhuǎn)速繼續(xù)提升，對能力影響不大。

圖4 直流電機轉(zhuǎn)速變化對能力的影響

由圖5可知，在35 ℃額定點，隨轉(zhuǎn)速提升能效呈現(xiàn)先增后減的變化趨勢，而35 ℃中間點、29 ℃中間點均隨轉(zhuǎn)速提升能效均承逐步下降的趨勢；轉(zhuǎn)速提升，機組能力提升量低于同比功率的提升量，因此能效基本都是穩(wěn)中有降的趨勢。

圖5 直流電機轉(zhuǎn)速變化對能效的影響

對比交直流電機同壓縮機頻率、風(fēng)檔、開度、外電機轉(zhuǎn)速（轉(zhuǎn)速850 r/min）下，如表4所示，直流電機方案各負荷點能力能效較交流電機方案均有所提升，調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速可提升該負荷點的能力能效；綜合能效提升16.2%。

表4 交直流電機方案對比

4 結(jié)論

本文在一定條件下，利用參數(shù)控制法，對出口巴西頂出風(fēng)變頻空調(diào)系統(tǒng)的綜合能效進行驗證分析，對比了不同計算方法、直流電機轉(zhuǎn)速、交直流電機方案等因素對綜合能效的影響，得到如下結(jié)論：

1）采用三點法計算綜合能效更有利，調(diào)節(jié)可控參數(shù)保證35 ℃中間負荷點能力高能效低，其余兩個負荷點能力能效調(diào)為最優(yōu)則綜合能效計算值最優(yōu)；

2）直流電機方案在額定點能力能效隨轉(zhuǎn)速提升會有一個高的拋物線拐點，而中間點隨轉(zhuǎn)速下降能效有明顯的增高趨勢，滿足能力要求的前提下，對29 ℃中間點外電機轉(zhuǎn)速可調(diào)至最低轉(zhuǎn)速；對35 ℃中間點外電機轉(zhuǎn)速可調(diào)至最高轉(zhuǎn)速；

3）直流電機方案較交流電機方案對IDRS有明顯提升，需結(jié)合開發(fā)成本綜合考究。

影響變頻空調(diào)器能力能效的因素較多，且不同參數(shù)之間有一定的相關(guān)性，確保綜合能效達到最優(yōu)是需要進一步努力研究的方向。