楊弋，石竹青，馬金平，李芳，李宏哲

（合肥通用機械研究院有限公司，安徽合肥 230031）

0 引言

隨著科技革命的深入和社會經(jīng)濟的發(fā)展，制冷與熱泵產(chǎn)品的應用也越來越廣泛?？照{(diào)成為建筑物不可缺少的重要設備，其應用大幅改善了人民工作和生活環(huán)境，提升了生活品質(zhì)。與傳統(tǒng)的中央空調(diào)系統(tǒng)相比，多聯(lián)式空調(diào)熱泵機組無需輸配系統(tǒng)、室內(nèi)機獨立控制、直接蒸發(fā)制冷、溫度控制平穩(wěn)、溫度場均勻且美觀舒適。其有效降低了建筑空調(diào)能耗，實現(xiàn)節(jié)能減排，被廣泛應用于住宅、商場、教學樓和賓館等建筑。薛衛(wèi)華等[1]對某一建筑中多聯(lián)機系統(tǒng)進行全年的動態(tài)能耗計算，說明了多聯(lián)機系統(tǒng)的節(jié)能性。申廣玉等[2]介紹了多聯(lián)機實現(xiàn)節(jié)能的方法以及在高端建筑應用中的優(yōu)勢。劉傳聚等[3]介紹了多聯(lián)機的應用和發(fā)展趨勢。

表1所示為日本媒體JARN的統(tǒng)計數(shù)據(jù)。2018年多聯(lián)機產(chǎn)品的全球市場需求持續(xù)旺盛，中國已經(jīng)主導了全球多聯(lián)機的發(fā)展趨勢。隨著我國“一帶一路”建設的推進，多聯(lián)機在全球范圍內(nèi)的貿(mào)易需求迅速增加，多聯(lián)機產(chǎn)品跨國跨地區(qū)銷售和使用的情況逐漸增多。但在這種全球化的趨勢下，各國和各地區(qū)多聯(lián)機標準的多樣化和差異化，以及國際標準的滯后性等問題，給多聯(lián)機的設計研發(fā)造成一定的困難，減緩了多聯(lián)機產(chǎn)品全球化的進程。

在新的形勢下，在全球范圍內(nèi)統(tǒng)一多聯(lián)機的評價體系和實驗方法，并制定順應全球貿(mào)易發(fā)展需求的新多聯(lián)機國際標準，成為業(yè)界必須考慮的問題。本文對全球主流多聯(lián)機標準展開探討，旨在為多聯(lián)機產(chǎn)品標準全球化的統(tǒng)一提供思路和可供借鑒的經(jīng)驗。

針對多聯(lián)機產(chǎn)品，世界各國及地區(qū)結(jié)合各自產(chǎn)業(yè)和技術發(fā)展水平均制定了相關標準。全球范圍內(nèi)多聯(lián)機產(chǎn)品采用的標準主要有GB/T 18837—2015[4]、AHRI 1230—2014[6]、EN14825—2016[7]、ISO 16358—2013[8]、ISO 5151—2017[9]和 ISO 15042—2017[10]等，各標準制定的目的在于更好地服務各地區(qū)的制造商及使用者，表2所示為多聯(lián)機標準的應用地區(qū)。

表1 2018年多聯(lián)機全球市場需求量

表2 多聯(lián)機標準的應用地區(qū)

1 標準差異性比較

1.1 標準覆蓋的產(chǎn)品范圍

AHRI 1230—2014[6]針對分體熱泵型多聯(lián)機產(chǎn)品，對其定義、分類、測試方法和評價要求都有明確規(guī)定，包含數(shù)據(jù)、運行實驗、標識和一致性工況要求等。EN 14825—2016[7]針對可變能力范圍的機組，對其溫度、部分負荷工況、能力和等級的計算方法，特別是對用于決定能力和等級實測值的測試方法有詳細描述。GB/T 18837—2015[4]與 AHRI 1230—2014[6]涉及的產(chǎn)品類別基本相同，但其是唯一對產(chǎn)品檢驗、包裝、運輸和貯存有具體要求的多聯(lián)機標準。ISO 16358—2013[8]針對風冷型空調(diào)及熱泵產(chǎn)品，對測試計算方法和季節(jié)性能因子及全年性能因子做出規(guī)定。ISO 5151—2017[9]及 ISO 15042—2017[10]均明確規(guī)定了性能的標準工況、能效等級和測試方法，但是這兩個標準所涉及的產(chǎn)品類型略有區(qū)分。ISO 5151—2017[9]普遍適用于不接風管的風冷空調(diào)熱泵以及額定能力小于8 kW且運行時機外靜壓小于25 Pa的接風管的空調(diào)熱泵，ISO 15042—2017[10]則專門針對風冷型多聯(lián)式的空調(diào)熱泵產(chǎn)品。各標準對其覆蓋的產(chǎn)品類型分類有所不同，具體內(nèi)容如表3所示。

表3 標準覆蓋產(chǎn)品范圍

1.2 標準對多聯(lián)機產(chǎn)品規(guī)格描述

各標準對于多聯(lián)機產(chǎn)品規(guī)格的描述各有不同，如對室內(nèi)機/室外機的數(shù)量配置、壓縮機臺數(shù)、能力控制和卸載級數(shù)等方面均有不同定義，多聯(lián)機的產(chǎn)品規(guī)格配置規(guī)定如表4所示。

1.3 標準對于實驗的要求

對于實驗方法及測試項目的要求，大部分標準都有制冷和制熱能力的測試、最大/最小負荷測試和中間負荷或多個負荷點測試。對典型的設備類型如兩級、多級和變流量產(chǎn)品的測試，穩(wěn)態(tài)及非穩(wěn)態(tài)測試，每個測試的工況條件標準中均有詳細規(guī)定。關于熱回收、融霜和凝結(jié)水控制，功率消耗在部分標準中有描述。表5所示為各標準具體實驗要求，各標準涵蓋的實驗要求采用勾選表示。表5的標準中，部分標準包含了水冷產(chǎn)品，而所有的標準都覆蓋了滿負荷能力；除了 ISO 5151—2017[9]和 ISO 15042—2017[10]之外，其余的標準均規(guī)定了設備可在多個能力范圍內(nèi)運行；ISO 16538—2013[8]包含了兩級、多級和可變流量的能力范圍段。此外，AHRI 1230—2014[6]中基于產(chǎn)品能力大小，對實驗要求進行了區(qū)分。標準中將機組以19 kW為界，分別對制冷能力為19 kW以下和19 kW以上的機組進行了描述。因此，中國標準GB/T 18837—2015[4]對實驗要求方面的編制更為全面。

表4 各標準具體實驗要求

表5 實驗要求

1.4 測試工況和制冷、制熱判定的要求

由于各標準在制定時均為適應不同的區(qū)域，因而對產(chǎn)品的評價參數(shù)有著不同的要求。EN 14825—2016中對能效比（Energy Efficiency Ratio，EER）、制冷季節(jié)能效比（Seasonal Energy Efficiency Ratio，SEER）和性能系數(shù)（Coefficient of Performance，COP）有多種判定要求。如 EERd（COPd）為 4（7）個工況下制冷（熱）量與輸入功率的比值；EERbin（COPbin）為給定工況條件下，部分負荷或全負荷制冷(熱)量與有效輸入功率的比值；EERcyc為在循環(huán)工況條件下，壓縮機啟停能效值；SCOPon為制熱季節(jié)的平均性能系數(shù)；SCOPnet為不含輔助電加熱的制熱季節(jié)的平均性能系數(shù)；SCOPcyc為循環(huán)測試條件下的性能系數(shù)。IEER為綜合能效比（Integrated Energy Efficiency Ratio），IPLV為綜合部分負荷性能系數(shù)（Integrated Part Load Value），HSPF為制熱季節(jié)能效比（Heating Seasonal Performance Factor），APF為全年能效系數(shù)（Annual Performance Factor）。各標準涉及的判定指標見表6中勾選部分。

表6 制冷制熱的判定指標

2 能效評價指標

能效指標是衡量多聯(lián)機產(chǎn)品性能的一項重要指標。隨著制冷行業(yè)變頻控制技術的引入和發(fā)展，各國多聯(lián)機產(chǎn)業(yè)和技術水平逐步提高，以單個名義工況點的EER或COP對多聯(lián)機進行性能評價，不能充分反映空調(diào)的實際運行情況，更無法全面評估空調(diào)的實際能效[11-12]。張俊淼等[13]通過對一臺多聯(lián)機進行 35個工況的制冷性能實驗，為產(chǎn)品性能評價提供全工況性能模型。眾多學者對多聯(lián)機空調(diào)實際運行中影響能耗的各方面因素展開大量基礎實驗研究，并提出綜合能效指標的評價體系[14-15]。

中國在 2002年頒布了國際上第一個多聯(lián)機的國家級產(chǎn)品標準，即GB/T 18837—2002[5]，并首次提出采用綜合性能系數(shù)IPLV（C）和IPLV（H）來分別評價多聯(lián)機的制冷與制熱運行性能。2015年，GB/T 18837—2015[4]修訂后，中國標準采用了更科學的評價體系，即水源類產(chǎn)品采用綜合部分負荷性能系數(shù)IPLV作為季節(jié)性能評價參數(shù)，而空氣源類產(chǎn)品則采用全年性能系數(shù)（APF），制冷季節(jié)采用制冷季節(jié)能效比（SEER）作為季節(jié)性能評價參數(shù)[16]。美國 AHRI 1230—2014[6]中對名義制冷量小于 19 kW的家用多聯(lián)機采用季節(jié)能效比SEER/HSPF；對大于 19 kW 的商用多聯(lián)機則采用綜合能效比（IEER）。2012年3月10日，空調(diào)和舒適風扇的ErP生態(tài)設計實施條例（EU）No.206—2012[17]在官方公布，該條例要求在空調(diào)設計中應注重對環(huán)境的影響，歐盟并對此制定了法案[17]，在標準 EN 14825—2016[7]中提出關于季節(jié)能效比（SEER）和季節(jié)性能系數(shù)（SCOP）的能效要求，在標準發(fā)布前，齊云等[18]對草案進行了研究解讀。歐盟國家通常不采用電加熱產(chǎn)品用于空調(diào)制熱，而采用其他清潔能源用來補充制熱量不夠的情況。此外，歐洲地域廣，制熱需求季節(jié)低于0 ℃的氣溫時間多，標準EN 14825—2016[7]中定義了3種不同的制熱氣候的溫度范圍，對SCOP的要求是以平均氣溫為基準來進行測試評價。歐標中對于非運行能耗，包括遙控關機能耗、溫控關機能耗、待機模式功耗和曲軸加熱帶模式能耗均有考核[19]。

不同的標準中制冷季節(jié)能效比（SEER）評價指標的計算方法不同。

標準AHRI 1230—2014[6]中對于19 kW以下、配有可變速壓縮機的空氣源機組SEER的計算方法為：

標準 ISO 16358—2013[8]及 GB/T18837—2015[4]中給出的非定容型機組SEER計算方法為：

式中：

nj——制冷季節(jié)需要制冷的各溫度發(fā)生時間，h；

BLc(tj)——室外溫度tj時建筑物的制冷負荷，W；

X(tj)——室外溫度 tj時，建筑物的制冷負荷與機組的制冷量之比；

PLF(tj)——室外溫度tj時，機組的部分負荷率；

Pmh(tj)——機組以最小制冷能力與中間制冷能力之間的能力連續(xù)可變運行，室外溫度tj時的制冷消耗功率，W；

Pful(tj)——機組以名義制冷能力運行，室外溫度tj時的制冷消耗功率，W；

Phaf(tj)——機組以中間制冷能力運行，室外溫度tj時的制冷消耗功率，W；

Pmin(tj)——機組以最小制冷能力運行，室外溫度tj時的制冷消耗功率，W。

標準EN 14825—2016[7]中SEER的計算方法為：

式中：

hj——室外溫度Tj時，制冷各溫度發(fā)生時間，h；

Pc(Tj)——室外溫度Tj時建筑物的制冷負荷，W；

EERbin(Tj)——室外溫度Tj時建筑物的能效比。

季節(jié)能效指標的制定與其應用領域、氣候環(huán)境、建筑結(jié)構、使用習慣和消費水平密切相關。需要考慮產(chǎn)品使用場合的建筑負荷特性和熱源側(cè)環(huán)境的溫濕度變化對產(chǎn)品運行效率的影響。任何一種季節(jié)性能指標，都包含 3個基本要素：1）典型建筑的冷熱負荷分布（或曲線）；2）多聯(lián)機在典型建筑中的制冷與制熱運行時間分布；3）多聯(lián)機的部分負荷性能及測試方法[20]。

綜合能效比（IEER）與綜合部分負荷性能系數(shù)（IPLV）具有相似的評價原則。實驗中要求機組分別在100%、75%、50%和25%負荷能力即A、B、C和D這4個工況點下運行，通過各點的權重系數(shù)計算得出能效評價值：

式中：

A——100%負荷時標準額定工況下的EER；

B——75%負荷的EER；

C——50%負荷的EER；

D——25%負荷的EER。

由式(4)和式(5)可知，IEER和IPLV在各部分負荷下的權重系數(shù)不同。IPLV的權重系數(shù)來源于PLF曲線，IEER的不同負荷的權重系數(shù)是通過對美國15個城市建筑類型分別為40%辦公建筑、30%學校和其他建筑的空調(diào)設備使用情況確定的。IEER的計算公式在75%的負荷下，權重系數(shù)大幅增加，這是因為空調(diào)設備在75%負荷下的使用時間較長，壓縮機的效率高；在負荷低于50%時，空調(diào)設備效率下降且不節(jié)能。從測試工況而言，IPLV在部分負荷工況下的測試工況相同，但是實際過程中，由于環(huán)境溫度不同，建筑物所需的冷熱負荷不同，實際運行中，空調(diào)通常在不同負荷的條件下運行，相對于IPLV而言，IEER評價的方式更符合實際使用情況，更加合理，驗證了IPLV逐步被取代的原因。馮玉偉等[21]指出對多聯(lián)機系統(tǒng)IPLV的計算公式應綜合分析機組運行情況、系統(tǒng)開機率和室內(nèi)機負荷均勻度等影響因素。

綜合以上標準的能效評價指標，采用制冷季節(jié)能效比（SEER）來評價空氣源的多聯(lián)機更具有通用性，其綜合考慮了多聯(lián)機的季節(jié)運行特性，考慮了不同的建筑負荷模型，考慮了機組運行時的外溫發(fā)生小時數(shù)分布模型，在不同環(huán)境工況和不同部分負荷工況下測試多組制冷量和耗電量，進而計算平均能效比，體現(xiàn)了多聯(lián)機產(chǎn)品真實的全工況性能，還可結(jié)合制熱能力進一步計算機組的全年季節(jié)能效比。在世界范圍內(nèi)，越來越多的國家已開始積極推進將SEER引入衡量多聯(lián)機能源消耗的標準中來，節(jié)能技術的發(fā)展也必將圍繞如何提高 SEER展開。而其它能效評價指標，如美標IEER及歐標體系的能效評價指標，其適用性均具有一定的局限性。

3 結(jié)論

本文分析了多聯(lián)式空調(diào)熱泵機組各地區(qū)標準的運用情況，圍繞產(chǎn)品范圍、實驗要求、工況條件和判定要求等方面對各標準的差異性進行討論，得到如下結(jié)論：

1）中國作為多聯(lián)機產(chǎn)品生產(chǎn)、出口及需求量最大的國家，其參照的數(shù)據(jù)中標準 GB/T 18837—2015從覆蓋產(chǎn)品范圍、實驗和判定要求等方面而言相對全面，具有一定先進性和合理性；

2）多聯(lián)機產(chǎn)品名義工況單點能效比僅對衡量產(chǎn)品能效具有一定參考意義，需采用綜合性能指標用于機組性能評價；SEER作為綜合能效評價指標在全球運用范圍更廣，優(yōu)于IPLV和IEER評價體系，更加符合實際應用情況；

3）推薦空氣源多聯(lián)機采用APF評價指標，水源多聯(lián)機采用IPLV評價指標。