肖 彪，何 林，舒 宏，張 威，范建波

1 前言

采用全年性能系數(shù)（APF）評(píng)價(jià)房間空調(diào)器的實(shí)際使用能效，不僅綜合考慮了產(chǎn)品使用場合的建筑物冷、熱負(fù)荷特性以及熱源側(cè)工況變化對(duì)產(chǎn)品運(yùn)行效率的影響，而且還可以規(guī)范廠家盲目的增加室內(nèi)機(jī)臺(tái)數(shù)來增加換熱面積以及加大風(fēng)量來追求較高能效的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，是空調(diào)產(chǎn)品性能評(píng)價(jià)的發(fā)展方向［1］。

多聯(lián)式房間空調(diào)器國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 18837-2015也采用APF作為其性能評(píng)價(jià)指標(biāo)，業(yè)內(nèi)對(duì)其研究也有了一些成果［2］，但目前對(duì)多聯(lián)式空調(diào)器7個(gè)測試點(diǎn)的參數(shù)對(duì)APF計(jì)算結(jié)果影響的分析存在不足。王碩淵等對(duì)國標(biāo)中的APF與日本APF進(jìn)行的對(duì)比表明同一臺(tái)空調(diào)器參數(shù)采用日本APF算法得出的值更高，其原因在于日本標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的全年季節(jié)各溫度發(fā)生時(shí)間長度不同導(dǎo)致了該差異［3］。戚文端等采用擬合公式對(duì)家用空調(diào)器中APF算法進(jìn)行簡化計(jì)算，分析了各個(gè)測試點(diǎn)能效對(duì)于APF的影響比重［4］，但多聯(lián)式空調(diào)器由于其低溫制熱能力和能效均會(huì)影響APF值，單純采用線性擬合的方式并不適用。譚成斌等對(duì)制冷和制熱的參數(shù)變化時(shí)對(duì)APF的影響進(jìn)行的試驗(yàn)研究給出了APF隨各能力及其功率的波動(dòng)趨勢［5］，但并未給出其對(duì)APF影響的相對(duì)大小。另外，業(yè)內(nèi)對(duì)壓縮機(jī)等的零部件對(duì) APF 的影響也有不少研究［6～9］，但研究結(jié)果僅可用于產(chǎn)品設(shè)計(jì)階段提高APF。因此，有必要采用試驗(yàn)測試和算法分析的方式,對(duì)各試驗(yàn)工況點(diǎn)實(shí)測能力、能效對(duì)APF的影響進(jìn)行研究，分析對(duì)APF影響較大的工況及影響原因。在對(duì)APF的影響因素的理論分析基礎(chǔ)上，選取變頻多聯(lián)機(jī)組樣品進(jìn)行程序改進(jìn)，驗(yàn)證提高實(shí)測APF值的效果。

2 試驗(yàn)樣品和APF影響因素確定

2.1 試驗(yàn)樣品基本參數(shù)和試驗(yàn)方法確定

本文采用一款名義制冷量為16.0kW的多聯(lián)式熱泵空調(diào)機(jī)組，壓縮機(jī)采用名義工作容積為42.8 mL的變頻式轉(zhuǎn)子壓縮機(jī)，其室內(nèi)風(fēng)機(jī)和室外風(fēng)機(jī)為直流風(fēng)機(jī)，轉(zhuǎn)速可調(diào)節(jié)。試驗(yàn)設(shè)備采用焓差法試驗(yàn)臺(tái)進(jìn)行測試，測試方法完全按照GB/T 18837-2015中的名義制冷量大于7.1 kW的機(jī)組計(jì)算APF時(shí)所需的制冷3個(gè)點(diǎn)和制熱4個(gè)點(diǎn)進(jìn)行測試，形成表1中的基本數(shù)據(jù)，計(jì)算APF結(jié)果為4.452 kW·h/kW·h。

表1 試驗(yàn)樣品測試基本參數(shù)

2.2 影響APF計(jì)算的參數(shù)確定

根據(jù)APF計(jì)算公式，建筑物的制冷和制熱負(fù)荷僅與機(jī)組宣稱名義制冷能力有關(guān)，不隨實(shí)際測試結(jié)果而變動(dòng)。季節(jié)能耗由各個(gè)溫度點(diǎn)下的能效通過線性內(nèi)插法和外推法分段進(jìn)行間接計(jì)算得出。因此，影響APF的因素可歸為能力值影響計(jì)算能效的4個(gè)獨(dú)立因素和能力值不影響能效計(jì)算的3組非獨(dú)立因素兩類。

名義制冷點(diǎn)的能力和能效中由于能力的實(shí)測值與建筑負(fù)荷有關(guān)，不影響APF值，能效單獨(dú)影響APF值，因此名義制冷能效為獨(dú)立因素。同樣中間制冷能效、名義制熱能效、中間制熱能效3個(gè)參數(shù)也為獨(dú)立因素。最小制冷點(diǎn)、最小制熱點(diǎn)、低溫制熱點(diǎn)的3組數(shù)據(jù)中，最小制冷點(diǎn)和最小制熱點(diǎn)由于能力和能效會(huì)同時(shí)影響到其他溫度點(diǎn)能效的計(jì)算，因此為非獨(dú)立因素。另外，由于機(jī)組低溫下能力無法滿足房間熱負(fù)荷需求時(shí)APF算法中將默認(rèn)由電輔熱來滿足房間熱負(fù)荷，該算法導(dǎo)致季節(jié)能耗大幅增加，因此，低溫制熱點(diǎn)也是影響APF的一組非獨(dú)立影響因素。

3 影響因素分析

3.1 獨(dú)立因素對(duì)APF的影響

圖1給出了以表1的樣品測試參數(shù)作為計(jì)算基準(zhǔn)點(diǎn)，APF隨4個(gè)獨(dú)立因素各自按照百分比變化的趨勢［2］。該圖顯示，在基準(zhǔn)點(diǎn)上將該4個(gè)參數(shù)中任何一個(gè)參數(shù)改變一定比例后均能夠同向的改變APF值，按照影響程度由大到小排序分別為中間制冷能效、中間制熱能效、名義制冷能效、名義制熱能效。

圖1 4個(gè)獨(dú)立因素變化時(shí)對(duì)APF的影響

對(duì)于4個(gè)獨(dú)立影響因素，可進(jìn)行相似的原因分析，中間制冷能效對(duì)APF的影響最大的原因分析如下：（1）根據(jù)APF的算法，中間點(diǎn)能效EERmh（tc）=5.11 W/W影響了從最小制冷溫度Td（26.13 ℃）到名義制冷溫度Tb（34.54 ℃）之間的共9個(gè)溫度點(diǎn)的能效值，每一個(gè)溫度點(diǎn)下的發(fā)生時(shí)間大，平均值為69.11 h；而名義制熱能效在提升時(shí)對(duì)APF影響最小的原因也相同，其能效影響的溫度區(qū)間段較短，僅-1，0，1，2，3 ℃共5個(gè)溫度點(diǎn)，每個(gè)溫度點(diǎn)的年度發(fā)生時(shí)間較短，平均為45.8 h，因此能效提高相同比例的情況下對(duì)APF影響較小。

因此，所在溫度區(qū)間、區(qū)間各點(diǎn)溫度發(fā)生時(shí)間的大小為4個(gè)獨(dú)立因素影響APF排序的原因，直接提高各點(diǎn)基礎(chǔ)能效能夠直接提高APF值。

3.2 非獨(dú)立影響因素最小工況點(diǎn)對(duì)APF的影響

圖2給出了GB/T18837-2015中制冷和制熱季節(jié)各個(gè)溫度的發(fā)生標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間和樣品經(jīng)計(jì)算得到的各溫度點(diǎn)下的運(yùn)行能效曲線（制冷能效、制熱能效按照GB/T18837-2015中表B.1、B.2和B.3的標(biāo)準(zhǔn)工況測試后經(jīng)計(jì)算為不同室外環(huán)境溫度下的能效，APF為計(jì)算后的全年季節(jié)）。該曲線顯示，機(jī)組制冷能效曲線在26 ℃附近存在拐點(diǎn)，對(duì)應(yīng)為最小制冷能力與房間冷負(fù)荷相等的平衡溫度點(diǎn)Td（26.13 ℃），在高于該溫度點(diǎn)時(shí)機(jī)組能夠連續(xù)運(yùn)行，隨著溫度的升高能效降低。在低于該溫度點(diǎn)時(shí)由于機(jī)組的最小能力超過了房間冷負(fù)荷需求導(dǎo)致機(jī)組斷續(xù)運(yùn)行，降低了能效，斷續(xù)運(yùn)行出現(xiàn)的頻率越高其能效降低效果越大，因此出現(xiàn)了隨著溫度的降低，更頻繁地?cái)嗬m(xù)運(yùn)行導(dǎo)致的能效降低越嚴(yán)重。同樣，最小制熱能力的拐點(diǎn)為6 ℃，對(duì)應(yīng)為最小制熱能力與房間負(fù)荷平衡的溫度點(diǎn)Tr（6.21 ℃）。

圖2 制冷和制熱季節(jié)各個(gè)溫度的發(fā)生時(shí)間和樣品經(jīng)計(jì)算得到的各溫度點(diǎn)運(yùn)行能效曲線

由于在GB/T 18837-2015中對(duì)機(jī)組的最小制冷和最小制熱能力并無下限值要求，經(jīng)計(jì)算，在最低溫度制冷（22 ℃）和最高溫度制熱（12 ℃）時(shí)房間能力需求占機(jī)組宣稱名義制冷能力的7.14%和5.38%，因此在設(shè)計(jì)時(shí)將機(jī)組最小制冷能力和最小制熱能力輸出分別小于這兩個(gè)值時(shí)能夠避免因斷續(xù)運(yùn)行導(dǎo)致的能效降低。

3.3 非獨(dú)立影響因素低溫制熱工況點(diǎn)對(duì)APF的影響

低溫制熱能力與能效的關(guān)系及對(duì)APF的影響如圖3所示。從圖可知，提高低溫制熱能力會(huì)導(dǎo)致其能效降低，而提高能效也會(huì)導(dǎo)致能力的降低，二者將同時(shí)影響APF值；在該低溫制熱測試點(diǎn)，隨著能力的增加其能效降低，而APF卻提升，因此其能力比能效對(duì)APF的影響更為顯著，但其斜率存在一個(gè)轉(zhuǎn)折點(diǎn)（能力為11536 W對(duì)應(yīng)能效為2.92 W/W），在實(shí)測低溫制熱能力低于該轉(zhuǎn)折點(diǎn)時(shí)隨著能力的提高（對(duì)應(yīng)能效降低）APF提升較快，而實(shí)測低溫制熱能力高于該點(diǎn)時(shí)，隨著低溫制熱能力的提高APF提升緩慢。存在該轉(zhuǎn)折點(diǎn)的原因?yàn)锳PF算法中對(duì)低溫制熱實(shí)測能力與計(jì)算得到的低溫制熱能力的判斷，而計(jì)算得到的低溫制熱能力為名義制熱實(shí)測值的0.778倍，與名義制熱實(shí)測值大小無關(guān)。因此，在產(chǎn)品開發(fā)過程中應(yīng)至少將低溫制熱能力提高到名義制熱實(shí)測值的0.778倍以上，并盡量的提高低溫制熱能效，以此提高APF。

圖3 低溫制熱能力與能效的關(guān)系及共同對(duì)APF的影響

4 樣品邏輯優(yōu)化及對(duì)比

根據(jù)以上分析，在不改變產(chǎn)品硬件配置的情況下，通過優(yōu)化機(jī)組零部件運(yùn)行狀態(tài)的邏輯可以分別提高4個(gè)獨(dú)立因素和3組非獨(dú)立因素。對(duì)于4個(gè)獨(dú)立影響因素，由于廠家在設(shè)計(jì)過程中已進(jìn)行了較好的優(yōu)化，本文不再重復(fù)優(yōu)化。針對(duì)非獨(dú)立因素，可以通過技術(shù)調(diào)節(jié)手段對(duì)化霜等過程進(jìn)行優(yōu)化從而提升APF。表2給出了樣品的3組非獨(dú)立影響因素經(jīng)調(diào)整優(yōu)化前后對(duì)比，并計(jì)算調(diào)整后的APF值。經(jīng)計(jì)算本文中的樣品經(jīng)優(yōu)化調(diào)節(jié)后能效達(dá)到4.673 kW·h/（kW·h），相比于原有的4.452 kW·h/（kW·h）有了較大提高。

表2 試驗(yàn)樣品非獨(dú)立因素優(yōu)化前后參數(shù)對(duì)比

5 結(jié)論

（1）按照對(duì)APF影響情況，可分為4個(gè)獨(dú)立影響因素中間制冷能效、中間制熱能效、名義制冷能效、名義制熱能效和3組非獨(dú)立影響因素最小制冷、最小制熱、低溫制熱的能力和能效。其中獨(dú)立影響因素對(duì)APF的影響從大到小分別為中間制冷能效、中間制熱能效、名義制冷能效、名義制熱能效。

（2）非獨(dú)立影響因素中，最小制冷和最小制熱由于機(jī)組斷續(xù)運(yùn)行導(dǎo)致的能效降低嚴(yán)重，在產(chǎn)品設(shè)計(jì)過程中應(yīng)盡可能的降低最低能力輸出，在最小制冷時(shí)降低為名義制冷能力的7.14%和最小制熱時(shí)降低為名義制冷能力的5.38%可避免機(jī)組斷續(xù)運(yùn)行導(dǎo)致的能效降低。

（3）非獨(dú)立影響因素中，低溫制熱工況的能力比能效對(duì)APF的影響更大，當(dāng)能力和能效共同作用于APF時(shí)以能力影響為主，但其影響效果存在一個(gè)0.778倍實(shí)測名義制熱能力的轉(zhuǎn)折點(diǎn)，在產(chǎn)品開發(fā)過程中可將低溫制熱能力提高到該轉(zhuǎn)折點(diǎn)之上，并盡量的提高能效，以此提高APF。另外，通過優(yōu)化機(jī)組壓縮機(jī)等的運(yùn)行狀態(tài)可以大幅的提高APF值。

［1］ 鐘瑜，張秀平.GB/T18837—2015《多聯(lián)式空調(diào)(熱泵)機(jī)組》關(guān)鍵要素解讀［J］.制冷與空調(diào)，2016（3）：64-67.

［2］ GB/T 18837-2015多聯(lián)式空調(diào)(熱泵)機(jī)組［S］.

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