朱利鋒 袁浩

上海海立電器有限公司 上海 201206

1 引言

印度地處熱帶，除西北喜馬拉雅山區(qū)終年低溫以外，多數(shù)地區(qū)氣候受冬季東北和夏季西南兩大季風(fēng)影響，屬于熱帶季風(fēng)型（Tropical Monsoon Type），年平均氣溫在22℃以上，夏季長達(dá)8～9個(gè)月，大部分城市最高氣溫超過40℃，部分地區(qū)甚至達(dá)到50℃以上。作為“金磚”五國之一，印度近年經(jīng)濟(jì)持續(xù)保持快速發(fā)展，尤其是莫迪政府上臺后，改革大刀闊斧，人心向背。2015年印度GDP增速為7.6%，正式超越中國成為全球增速最快的經(jīng)濟(jì)體，2016年印度GDP增速為7.4%，連續(xù)兩年超越中國。

酷熱的氣候和高速發(fā)展的經(jīng)濟(jì)，推動著印度空調(diào)行業(yè)加速發(fā)展，空調(diào)市場常年保持10～15%的增速，規(guī)模從2012年的340萬臺，發(fā)展到2017年的540萬臺。印度空調(diào)行業(yè)從2012年1月1日開始實(shí)施能效標(biāo)準(zhǔn)，以空調(diào)額定點(diǎn)的COP為依據(jù)，劃分成5個(gè)星級，此后每兩年標(biāo)準(zhǔn)提升一次。2018年1月1日開始，為進(jìn)一步倡導(dǎo)節(jié)能減排，推動變頻空調(diào)的發(fā)展，印度能源能效局（BEE）開始對空調(diào)行業(yè)實(shí)施同時(shí)適用于定速空調(diào)和變頻空調(diào)的ISEER標(biāo)準(zhǔn)。該標(biāo)準(zhǔn)除了進(jìn)一步提升空調(diào)能效的準(zhǔn)入標(biāo)準(zhǔn)以外，對于4星和5星空調(diào)的能效要求進(jìn)行大幅度提升，以達(dá)到促進(jìn)變頻空調(diào)發(fā)展的目的[1]。因此詳細(xì)解讀和研究該標(biāo)準(zhǔn)，分析適合ISEER標(biāo)準(zhǔn)的空調(diào)關(guān)鍵技術(shù)，對于空調(diào)壓縮機(jī)的設(shè)計(jì)非常重要。

2 印度變頻空調(diào)市場發(fā)展預(yù)測

早期在印度，由于高昂的銷售稅，空調(diào)還是一種奢侈品。進(jìn)入21世紀(jì)后，隨著稅費(fèi)結(jié)構(gòu)的合理化和稅率的降低，空調(diào)才慢慢被大多數(shù)中產(chǎn)階層的消費(fèi)者接受，空調(diào)行業(yè)得到一定程度的發(fā)展[2]。2008年～2013年間，由于印度經(jīng)濟(jì)的疲軟，空調(diào)市場規(guī)模一直在300萬臺左右徘徊。2014年后，隨著莫迪政府的上臺，印度經(jīng)濟(jì)得到快速發(fā)展，空調(diào)市場常年維持10～15%的增速，到2017年市場規(guī)模已達(dá)到540萬臺。

有研究認(rèn)為所有白色家電產(chǎn)品中，空調(diào)與GDP的發(fā)展關(guān)系最為緊密[3]。也有專家認(rèn)為一個(gè)國家人均GDP達(dá)到3000美金時(shí)，其空調(diào)規(guī)模將出現(xiàn)一個(gè)跳躍式的增長。對比中國和印度的人均GDP和空調(diào)規(guī)模發(fā)展情況，可以發(fā)現(xiàn)中國2009年的人均GDP突破3000美金，空調(diào)行業(yè)規(guī)模隨之發(fā)生質(zhì)的飛躍，當(dāng)年增幅達(dá)27.1%，2010年的同比增幅更是達(dá)到36.8%，總量突破5000萬臺。而當(dāng)前印度由于人均GDP在2000美金以下，其空調(diào)市場規(guī)模增速較慢，年平均增長幅度仍在10～15%左右，與中國21世紀(jì)初的情況相當(dāng)。

隨著莫迪政府穩(wěn)健經(jīng)濟(jì)政策的持續(xù)發(fā)酵，經(jīng)濟(jì)增勢看好，后續(xù)幾年按8%的平均增幅預(yù)測，印度人均GDP將在2022年前后將達(dá)到3000USD，因此預(yù)測印度市場空調(diào)規(guī)模將在2022年前后發(fā)生跳躍式增長，總量將突破1000萬臺，2023年有望沖刺1500萬臺。

2015年以前，印度市場僅日立、三菱和大金等高端品牌有少量變頻空調(diào)銷售，份額在5%以下。隨著ISEER能效標(biāo)準(zhǔn)的確定，外資品牌率先開始進(jìn)行新標(biāo)準(zhǔn)下變頻空調(diào)的研發(fā)投入和產(chǎn)品開發(fā)，變頻空調(diào)的份額從2015年開始逐步提升，2016年變頻空調(diào)的市場份額接近10%。2017年印度本土空調(diào)品牌開始推出變頻產(chǎn)品，全年變頻空調(diào)的市場規(guī)模接近130萬臺，份額達(dá)到24%。2018年隨著ISEER能效標(biāo)準(zhǔn)的正式實(shí)施，及變頻空調(diào)的節(jié)能優(yōu)勢逐漸被用戶接受，變頻空調(diào)規(guī)模預(yù)計(jì)進(jìn)一步提升，市場份額將突破30%，并在后面幾年穩(wěn)步發(fā)展，預(yù)計(jì)2020年將突破300萬臺，2023萬前后達(dá)到600萬臺規(guī)模。因此，分析印度變頻空調(diào)的能效標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)發(fā)展趨勢顯得尤為重要。

3 印度空調(diào)ISEER標(biāo)準(zhǔn)

印度ISEER標(biāo)準(zhǔn)是由印度能源能效局（BEE）和制冷協(xié)會（RAMA）成員共同討論制定的適合印度氣候條件和空調(diào)用戶使用習(xí)慣的空調(diào)季節(jié)能效比標(biāo)準(zhǔn)?？照{(diào)測試方法的建立主要參考ISO-16358-1：2013，并選取印度全國54個(gè)城市，以2014年的氣候溫度和時(shí)間為依據(jù)作相應(yīng)的修正。溫度范圍從24℃到43℃，年度的空調(diào)總制冷運(yùn)行時(shí)間為1600小時(shí)，各溫度點(diǎn)的運(yùn)行時(shí)間如表1所示。

新標(biāo)準(zhǔn)下，變頻空調(diào)測試兩個(gè)工況，分別為額定制冷工況和50%額定制冷工況（中間工況），如表2所示。通過兩個(gè)工況測得的制冷能力和功耗，根據(jù)表1所列的溫度點(diǎn)和時(shí)間數(shù)，運(yùn)用SEER的計(jì)算方法可以得到變頻空調(diào)的ISEER能效值，并以此確定空調(diào)的能效星級。而定速空調(diào)僅以標(biāo)準(zhǔn)ASHRAE工況測得的空調(diào)COP值確定空調(diào)的能效星級（定速空調(diào)測試工況與原標(biāo)準(zhǔn)相同）。星級劃分如圖1所示。

4 印度空調(diào)ISEER標(biāo)準(zhǔn)解析

圖2為中國APF標(biāo)準(zhǔn)、日本APF標(biāo)準(zhǔn)和印度ISEER標(biāo)準(zhǔn)下各溫度點(diǎn)的時(shí)間數(shù)，從圖2中可以看出，日本APF標(biāo)準(zhǔn)偏向于制熱，而中國APF標(biāo)準(zhǔn)的制冷和制熱時(shí)間數(shù)相對比較平均，印度ISEER標(biāo)準(zhǔn)為單冷。

根據(jù)建筑熱負(fù)荷曲線，及空調(diào)的制冷能和功率消耗力曲線，可以計(jì)算額定工況和中間工況的權(quán)重系數(shù)。圖3為不同環(huán)境溫度下，空調(diào)額定和中間制冷能力曲線與建筑熱負(fù)荷曲線對比及房間熱功耗與空調(diào)功耗的對比曲線。在左圖中，紅色曲線表示各溫度點(diǎn)下，達(dá)到設(shè)定溫度時(shí)房間需要的制冷量，粉色和藍(lán)色曲線分別表示空調(diào)在額定工況和中間工況下運(yùn)行的實(shí)際制冷能力。在藍(lán)線與紅線的交點(diǎn)tc以下，由于房間需要的制冷量少，空調(diào)以中間工況運(yùn)行；在粉線與紅線的交點(diǎn)tb以上，房間需要制冷量大，空調(diào)以額定制冷工況運(yùn)行；而在tc和tb之間，空調(diào)部分以中間工況運(yùn)行，部分以額定工況運(yùn)行，可以通過標(biāo)準(zhǔn)制定的算法計(jì)算兩者的比例。通過相同原理，從右圖可以計(jì)算額定工況和中間工況的功耗比例[4]。

根據(jù)以上方法可以計(jì)算日本APF、中國APF和印度ISEER標(biāo)準(zhǔn)的各工況權(quán)重比例。日本APF標(biāo)準(zhǔn)下中間工況效率權(quán)重最大，為87.3%；而印度ISEER與中國APF標(biāo)準(zhǔn)的中間工況能效權(quán)重相當(dāng)，分別為59.1%和59.3%。這從圖2的時(shí)間數(shù)分布中也有所體現(xiàn)，印度ISEER標(biāo)準(zhǔn)的時(shí)間數(shù)看中低溫區(qū)域（24～29℃）的時(shí)間數(shù)大于中國APF標(biāo)準(zhǔn)，而實(shí)際從印度空調(diào)的實(shí)際使用條件和用戶體驗(yàn)來看，印度用戶真正使用空調(diào)主要集中在35℃以上的高溫區(qū)域，因此分析認(rèn)為后續(xù)印度ISEER能效標(biāo)準(zhǔn)的時(shí)間數(shù)可能進(jìn)行進(jìn)一步修正。而從滿足當(dāng)前ISEER標(biāo)準(zhǔn)的角度看，改善中間工況效率是提升印度變頻空調(diào)能效的關(guān)鍵。

圖1 印度空調(diào)ISEER能效等級劃分

圖2 中國APF、日本APF和印度ISEER標(biāo)準(zhǔn)的溫度點(diǎn)和時(shí)間數(shù)對比

圖3 不同溫度點(diǎn)下房間熱負(fù)荷與空調(diào)制冷能力、熱功耗與空調(diào)功耗的對比曲線

5 適用于ISEER標(biāo)準(zhǔn)的變頻空調(diào)技術(shù)趨勢

眾所周知，控制器、換熱器和節(jié)流裝置改善等方面均有助于提升變頻空調(diào)的能效。但壓縮機(jī)作為空調(diào)的核心零部件，考慮性價(jià)比的前提下，其單體性能和適配性對空調(diào)系統(tǒng)的能效起到?jīng)Q定性的作用。在壓縮機(jī)能效提升方面，主要有泵體和電機(jī)的設(shè)計(jì)改善，包括缸徑缸高比、裝配間隙、零部件加工進(jìn)度、電機(jī)槽型和極對數(shù)優(yōu)化、電機(jī)反電動勢設(shè)計(jì)等，而適配性主要從排量選擇和油循環(huán)率控制等方面考慮。

表1 印度ISEER標(biāo)準(zhǔn)的溫度點(diǎn)和時(shí)間數(shù)

表2 印度ISEER標(biāo)準(zhǔn)的測試工況

表3 供測試的R410A變頻壓縮機(jī)各方案單體參數(shù)對比

表4 供測試的R410A變頻空調(diào)系統(tǒng)配置

表5 空調(diào)系統(tǒng)測試結(jié)果

針對印度ISEER能效標(biāo)準(zhǔn)，要提升中間工況的系統(tǒng)能效，壓縮機(jī)排量的選擇和電機(jī)反電動勢的優(yōu)化是最為關(guān)鍵的兩點(diǎn)。分別選取幾款不同排量和不同反電動勢的R410A變頻壓縮機(jī)在印度某客戶的18K空調(diào)系統(tǒng)中進(jìn)行測試優(yōu)化和驗(yàn)證。

供測試的R410A變頻壓縮機(jī)泵體設(shè)計(jì)平臺相同，僅排量不同；電機(jī)疊高相同，僅發(fā)電電壓不同，各樣品單體參數(shù)如表3所示。

從壓縮機(jī)的單體數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn)：相同排量的壓縮機(jī)，隨著發(fā)電電壓的提升，壓縮機(jī)單體效率大幅提升，尤其是中間工況效率提升幅度更大；電機(jī)相同，排量不同的兩款壓縮機(jī)，由于小排量壓縮機(jī)泵體效率略低，相同工況和轉(zhuǎn)速下的單體效率略低。

將以上壓縮機(jī)在印度某客戶的18K R410A變頻空調(diào)上進(jìn)行測試，確認(rèn)不同的方案對空調(diào)系統(tǒng)APF能效的影響。該18K翅片式銅管空調(diào)系統(tǒng)的配置如表4所示。三款供測試壓縮機(jī)在系統(tǒng)上的匹配結(jié)果如表5所示。

從測試結(jié)果可以看出：相同排量，發(fā)電電壓大的壓縮機(jī)在空調(diào)系統(tǒng)中效率差異進(jìn)一步放大，其ISEER能效提升達(dá)到2.42%；而相同發(fā)電電壓排量小的壓縮機(jī)，為達(dá)到同等的制冷能力，其轉(zhuǎn)速遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于大排量壓縮機(jī)，高轉(zhuǎn)速下的電機(jī)效率更高，因此雖然兩個(gè)壓縮機(jī)單體效率相當(dāng)，但在空調(diào)系統(tǒng)匹配時(shí)，使用(A-2)cc/rev排量壓縮機(jī)的ISEER能效比Acc/rev排量壓縮機(jī)高3.62%。因此，隨著控制器技術(shù)的進(jìn)一步完善，轉(zhuǎn)速可進(jìn)一步提升，繼續(xù)加大發(fā)電電壓，系統(tǒng)效率可進(jìn)一步提升。

6 結(jié)論

隨著新能效標(biāo)準(zhǔn)的時(shí)候，印度變頻空調(diào)將進(jìn)入快速發(fā)展的通道。本文結(jié)合中日印三國的空調(diào)能效標(biāo)準(zhǔn)，詳細(xì)分析了印度ISEER標(biāo)準(zhǔn)下各測試工況點(diǎn)的能效占比，從而提出提升印度空調(diào)ISEER能效的關(guān)鍵點(diǎn)；并通過試驗(yàn)分析和驗(yàn)證，提出適合當(dāng)前ISEER標(biāo)準(zhǔn)下的印度變頻空調(diào)技術(shù)發(fā)展趨勢。然而，從印度空調(diào)的實(shí)際使用條件看，本文認(rèn)為后續(xù)ISEER標(biāo)準(zhǔn)下各溫度點(diǎn)的時(shí)間數(shù)分布可能進(jìn)行修正，從用戶體驗(yàn)的角度出發(fā)，提升最大制冷的效率權(quán)重。

參考文獻(xiàn)

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