空調(diào)長(zhǎng)效節(jié)能特性評(píng)價(jià)方法的研究

李志亮，陳新強(qiáng)，馬金平，夏林鋒

（合肥通用機(jī)械研究院，合肥 230001）

0 引言

目前，比較常用的空調(diào)節(jié)能技術(shù)主要有針對(duì)新空調(diào)采用的變頻節(jié)能技術(shù)[1]，以及針對(duì)在用空調(diào)采用的空調(diào)熱回收技術(shù)和空調(diào)清洗技術(shù)等[2-5]。節(jié)能空調(diào)的能效等級(jí)是對(duì)未經(jīng)使用的產(chǎn)品通過(guò)在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境里測(cè)得的數(shù)據(jù)評(píng)定而來(lái)。這種評(píng)定方法存在一定的局限性，無(wú)法對(duì)于空調(diào)在使用一段時(shí)間之后是否仍然節(jié)能給出判定。而空調(diào)不僅要能效高，還要在使用周期內(nèi)保持較為穩(wěn)定的節(jié)能效果，這樣才能算是真正意義上的節(jié)能空調(diào)。空調(diào)長(zhǎng)效節(jié)能評(píng)定是“更高級(jí)別、更全面、條件更苛刻”的空調(diào)節(jié)能評(píng)定，是讓空調(diào)的節(jié)能指標(biāo)從實(shí)驗(yàn)室數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)為實(shí)際使用的運(yùn)行指標(biāo)，即“節(jié)能更要節(jié)材、節(jié)能更要持久、節(jié)能更要長(zhǎng)壽、待機(jī)狀態(tài)也要節(jié)能、更能應(yīng)付惡劣的高低溫環(huán)境等。”本文對(duì)兩款空調(diào)進(jìn)行人工環(huán)境模擬空調(diào)在進(jìn)行長(zhǎng)周期運(yùn)行后的制冷和制熱性能進(jìn)行了分析。

1 試驗(yàn)系統(tǒng)流程

1.1 試驗(yàn)?zāi)康?/h3>

根據(jù)空調(diào)器的產(chǎn)品特性，在長(zhǎng)時(shí)間的運(yùn)行之后，空調(diào)本身會(huì)出現(xiàn)性能衰減。這主要是由于空調(diào)本身的機(jī)械磨損、老化以及換熱器表面的污垢等所導(dǎo)致的。故本實(shí)驗(yàn)對(duì)空調(diào)進(jìn)行不間斷運(yùn)行，旨在加速空調(diào)的老化、機(jī)械磨損以及增加換熱器表面的淋雨和粉塵使其影響換熱器的換熱性能，從而影響空調(diào)的制冷性能。在對(duì)原有空調(diào)性能指標(biāo)評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)上，采用制冷量性能衰減率、能效比性能衰減率、能效負(fù)荷衰減率三個(gè)性能參數(shù)來(lái)考核。

制冷量性能衰減率QS(t1-t2)：

空調(diào)器t1時(shí)間實(shí)測(cè)制冷量Qt1與Qt2時(shí)間實(shí)測(cè)制冷量之差與t1時(shí)間實(shí)測(cè)制冷量Qt1之比。

能效比性能衰減率EERS(t1-t2)：

空調(diào)器t1時(shí)間實(shí)測(cè)EERt1與t2時(shí)間實(shí)測(cè)EERt2之差與t1時(shí)間實(shí)測(cè)EERt1之比。

能效負(fù)荷衰減率EERFS(t1-t2)：

額定制冷工況下實(shí)測(cè)的EERe與空調(diào)器在高溫負(fù)荷下實(shí)測(cè)能效比EERg之差與額定制冷工況下的EERE之比。

1.2 試驗(yàn)流程

根據(jù)前述實(shí)驗(yàn)?zāi)康?，系統(tǒng)流程圖如圖1 所示。首先通過(guò)對(duì)空調(diào)器樣機(jī)進(jìn)行額定制冷量試驗(yàn)[6-7]，接下來(lái)使空調(diào)處于三個(gè)高溫工況下進(jìn)行負(fù)荷衰減試驗(yàn)。然后在每個(gè)試驗(yàn)周期（720 h）內(nèi)對(duì)空調(diào)進(jìn)行人為的開(kāi)停機(jī)模擬、淋水模擬以及粉塵模擬試驗(yàn)，以其加速空調(diào)的老化周期。在每個(gè)試驗(yàn)周期結(jié)束后再對(duì)空調(diào)器樣機(jī)進(jìn)行制冷量測(cè)試，下面的B、C 周期依次重復(fù)A 周期內(nèi)的試驗(yàn)，待試驗(yàn)全部結(jié)束后對(duì)其制冷量性能衰減率、能效比性能衰減率、能效負(fù)荷衰減率三個(gè)方面進(jìn)行評(píng)價(jià)。

圖1 長(zhǎng)效周期試驗(yàn)系統(tǒng)流程圖

2 試驗(yàn)方法

2.1 一般要求

2.1.1 試驗(yàn)裝置

空調(diào)器制冷量、能效比EER 的測(cè)試裝置、試驗(yàn)房間、儀器儀表應(yīng)符合GB/T 7725 標(biāo)準(zhǔn)中的要求。本試驗(yàn)是在合肥通用機(jī)械研究院的焓差試驗(yàn)室進(jìn)行的。依據(jù)國(guó)標(biāo)GB/T 7725-2004，空氣焓差法實(shí)驗(yàn)需要兩個(gè)相鄰的房間，一個(gè)作為室內(nèi)側(cè)小室，一個(gè)作為室外側(cè)小室，兩個(gè)試驗(yàn)小室的空氣狀態(tài)在試驗(yàn)機(jī)組和空氣再調(diào)節(jié)機(jī)組的共同作用下，應(yīng)該能保持在試驗(yàn)條件規(guī)定的范圍內(nèi)，通過(guò)空氣取樣裝置分別測(cè)量房間空調(diào)器室內(nèi)機(jī)送、回風(fēng)口空氣的干球及濕球溫度以計(jì)算相對(duì)濕度，即可得到取樣截面處的空氣狀態(tài)，求出送、回風(fēng)空氣間的焓差。同時(shí)測(cè)量室內(nèi)機(jī)的風(fēng)量。測(cè)得的風(fēng)量與焓差相乘即可得到房間空調(diào)器的制冷量或制熱量。本次試驗(yàn)選用樣機(jī)KFR-32G/SQ+3 壁掛機(jī)進(jìn)行3 個(gè)周期的性能測(cè)試。

2.1.2 樣品安裝

空調(diào)器按制造商說(shuō)明書(shū)進(jìn)行安裝，進(jìn)行制冷量、能效比EER 測(cè)試時(shí)，將空調(diào)器室內(nèi)、外空氣進(jìn)行交換的通風(fēng)門和排風(fēng)門（如果有）完全關(guān)閉，其設(shè)定溫度、風(fēng)扇轉(zhuǎn)速、導(dǎo)向格柵等調(diào)到最大制冷狀態(tài)。室內(nèi)機(jī)出風(fēng)口導(dǎo)向格柵在每次測(cè)試的位置應(yīng)處于同一位置。

2.1.3 試驗(yàn)工況

空調(diào)器進(jìn)行制冷量、能效比EER 測(cè)試時(shí)，試驗(yàn)工況依據(jù)GB/T 7725-2004表3 規(guī)定的額定制冷工況進(jìn)行?？照{(diào)器在時(shí)間段內(nèi)進(jìn)行連續(xù)運(yùn)行時(shí)，環(huán)境溫度應(yīng)在25℃～45℃，相對(duì)濕度在50%～90%。

2.2 負(fù)荷衰減率試驗(yàn)

空調(diào)器設(shè)置參照額定制冷量測(cè)試要求，按照表1 工況進(jìn)行制冷量及能效比測(cè)試。測(cè)試結(jié)束后，回收制冷劑，緊接著進(jìn)行A 周期的連續(xù)運(yùn)行試驗(yàn)。

2.3 開(kāi)停機(jī)模擬試驗(yàn)

空調(diào)器在連續(xù)運(yùn)行期間，每運(yùn)行168 h，采用遙控器關(guān)閉和啟動(dòng)空調(diào)器的方式，在1 h 內(nèi)重復(fù)開(kāi)?？照{(diào)器10 次，空調(diào)器在每次啟動(dòng)后，至少運(yùn)行3 min。

2.4 淋水模擬試驗(yàn)

開(kāi)停模擬試驗(yàn)后，空調(diào)器處于停機(jī)狀態(tài)，用符合GB 4208-2008 標(biāo)準(zhǔn)要求的淋水噴頭以(100±10)L/h 的流量，在室外機(jī)冷凝器上方(500～600)mm 處，在冷凝器垂直表面成10°～20°角位置向冷凝器進(jìn)行淋水，試驗(yàn)時(shí)間1 min。試驗(yàn)布置見(jiàn)圖2。

圖2 淋水模擬試驗(yàn)布置圖

2.5 粉塵模擬試驗(yàn)

樣機(jī)在淋水試驗(yàn)后靜置1 min，然后開(kāi)啟制冷模式運(yùn)行，然后采用粉塵吹出裝置吹出總量為100 g的模擬粉塵。試驗(yàn)時(shí)，可將冷凝器等分為3 個(gè)區(qū)域，用粉塵吹出裝置對(duì)每個(gè)區(qū)域吹出相同等分的模擬粉塵。粉塵模擬試驗(yàn)在0.5 h 內(nèi)完成，試驗(yàn)過(guò)程中，樣機(jī)不停機(jī)繼續(xù)連續(xù)運(yùn)行。粉塵發(fā)出裝置見(jiàn)圖3。

圖3 粉塵發(fā)出裝置圖

3 試驗(yàn)結(jié)果

3.1 高溫負(fù)荷衰減率

空調(diào)器按照表1 規(guī)定的4 個(gè)工況運(yùn)行，測(cè)試結(jié)果見(jiàn)圖4。從數(shù)據(jù)中可看出，在室內(nèi)干濕球溫度不變的情況下，空調(diào)器隨著室外干濕球溫度的上升制冷量、制冷消耗功率、制冷性能系數(shù)都呈現(xiàn)遞減趨勢(shì)，能效負(fù)荷衰減率反而逐漸增大，由6.38%上升到11.58%。數(shù)據(jù)表明，空調(diào)器的性能受高溫惡劣工況影響很大，主要是由于空調(diào)室外機(jī)冷凝器隨著室外溫度的上升換熱溫差減小，換熱效果差，系統(tǒng)壓力升高，壓縮機(jī)壓比增大，壓縮機(jī)耗功增大，導(dǎo)致整機(jī)的制冷量下降，整機(jī)功率上升，整機(jī)性能下降。

圖4 高溫負(fù)荷性能衰減圖

表1 高溫工況及測(cè)試結(jié)果

3.2 制冷量性能衰減率

空調(diào)器依次進(jìn)行額定工況、A、B、C 周期運(yùn)行后，制冷量與制冷量衰減率見(jiàn)圖5。從圖5、表2中可看出，隨著長(zhǎng)運(yùn)周期的進(jìn)行，空調(diào)器制冷量、制冷量性能衰減率都在減小。制冷量性能衰減率在A 周期結(jié)束后下降的最明顯，隨后下降趨勢(shì)減緩。這是由于空調(diào)器在第一個(gè)周期內(nèi)淋雨、粉塵模擬試驗(yàn)影響換熱器的換熱性能，相比于試驗(yàn)前換熱影響較大。雖然B、C 周期內(nèi)重復(fù)A 周期試驗(yàn)，但是相比A 只是增加空調(diào)老化時(shí)間，故制冷量衰減率沒(méi)有A 周期結(jié)束后影響大。

圖5 長(zhǎng)周期空調(diào)器性能衰減圖

表2 空調(diào)器長(zhǎng)周期測(cè)試數(shù)據(jù)

3.3 能效比性能衰減率

空調(diào)器在長(zhǎng)周期運(yùn)行后，從表2 中可看出，能效比的趨勢(shì)并不是和制冷量相同，而是在B 周期結(jié)束后能效比最小。這與空調(diào)器的本身特性有關(guān)，出現(xiàn)這種現(xiàn)象可能是與空調(diào)器的機(jī)械磨合有關(guān)：從輸入功率上大致可看出，空調(diào)器在A 周期結(jié)束后功率是最大值1027 W；但是待空調(diào)器慢慢磨合后，空調(diào)器的輸入功率在減小，而制冷量減小速度沒(méi)有輸入功率減小速度快，所以會(huì)出現(xiàn)C 周期的能效比高于B 周期的能效比。

4 結(jié)論

通過(guò)本次試驗(yàn)，我們可以從另外一方面了解空調(diào)器在經(jīng)歷高溫工況以及長(zhǎng)運(yùn)周期之后，空調(diào)器本身的節(jié)能狀況。相比于目前人們僅對(duì)未經(jīng)使用過(guò)的空調(diào)器的節(jié)能評(píng)價(jià)，采用長(zhǎng)運(yùn)周期的制冷量性能衰減率、能效比性能衰減率、能效負(fù)荷衰減率來(lái)評(píng)價(jià)空調(diào)的節(jié)能特性更具合理性。本試驗(yàn)受制于時(shí)間限制，目前僅進(jìn)行了三個(gè)多月的試驗(yàn)，接下來(lái)還要對(duì)其冷重比和待機(jī)功率等進(jìn)行分析，增加試驗(yàn)周期，盡可能多面的對(duì)空調(diào)的節(jié)能做出更合理的評(píng)價(jià)。

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