空調(diào)設(shè)備季節(jié)能效評(píng)價(jià)淺析

王勝利

(珠海格力電器股份有限公司，廣東珠海 519070)

引言

空調(diào)系統(tǒng)作為建筑節(jié)能的主要內(nèi)容，其研究目前較多集中于設(shè)計(jì)節(jié)能和單個(gè)設(shè)備的運(yùn)行節(jié)能。然而在實(shí)際運(yùn)行過程中，系統(tǒng)能效的影響因素較多且相互關(guān)聯(lián)，單憑設(shè)計(jì)能效很難準(zhǔn)確做出節(jié)能潛力的分析判斷。本文提出了定頻空調(diào)、變頻空調(diào)季節(jié)能效測(cè)試方法以及影響空調(diào)器季節(jié)能效的因素，闡明采用季節(jié)能效指標(biāo)評(píng)價(jià)空調(diào)設(shè)備能效已成為國(guó)際發(fā)展趨勢(shì)，且我國(guó)空調(diào)設(shè)備的能效評(píng)價(jià)體系已從點(diǎn)評(píng)價(jià)逐漸向季節(jié)能效評(píng)價(jià)方向轉(zhuǎn)化，為空調(diào)設(shè)備能效評(píng)價(jià)提供了有益的思路。

1 評(píng)價(jià)現(xiàn)狀

如表1所示，我國(guó)定頻和變頻空調(diào)能效評(píng)價(jià)指標(biāo)分別為EER和SEER。

依據(jù)GB12021.3-2010，定頻空調(diào)能效等級(jí)分成三個(gè)等級(jí)，1 級(jí)能效最高，產(chǎn)品類型分為整體式和分體式，具體見表2。

變頻空調(diào)的能效等級(jí)，根據(jù)GB21455-2013《轉(zhuǎn)速可控型房間空氣調(diào)節(jié)器能效限定值及能效等級(jí)》分為3個(gè)等級(jí)，產(chǎn)品類型分為單冷和熱泵型，具體情況見表3、表4。

表1 我國(guó)的評(píng)價(jià)現(xiàn)狀

產(chǎn)品類別定頻空調(diào)變頻空調(diào)試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)GB/T7725-2004GB/T7725-2004能效標(biāo)準(zhǔn)GB12021.3-2010GB 21455-2013評(píng)價(jià)指標(biāo)EERSEER測(cè)試方法單點(diǎn)測(cè)試兩點(diǎn)測(cè)試

表2 定頻空調(diào)的能效等級(jí)

類型額定制冷量(CC)單位:W能效等級(jí)123整體式/3.303.102.90分體式CC ≤45003.603.403.204500

表3 變頻空調(diào)的能效等級(jí)(單冷)

類型額定制冷量(CC)單位:W制冷季節(jié)能源消耗效率/[(W·h)/(W·h)]能效等級(jí)1級(jí)2級(jí)3級(jí)分體式4500≤ CC5.405.004.304500

表4 變頻空調(diào)的能效等級(jí)(熱泵)

類型額定制冷量(CC)單位:W制冷季節(jié)能源消耗效率/[(W·h)/(W·h)]能效等級(jí)1級(jí)2級(jí)3級(jí)分體式CC≤ 45004.504.003.504500

2 空調(diào)器季節(jié)能效測(cè)試方法

我國(guó)空調(diào)器季節(jié)能效的測(cè)試方法是根據(jù)GB/T 7725-2004《房間空氣調(diào)節(jié)器》附錄E規(guī)定的，該規(guī)定參考了日本標(biāo)準(zhǔn) JRA 4046-1999。

2.1 定頻空調(diào)季節(jié)能效測(cè)試方法

如圖1所示，定頻空調(diào)的季節(jié)制冷SEER測(cè)試方法通過額定制冷點(diǎn)的測(cè)試，計(jì)算出低溫點(diǎn)的數(shù)據(jù)，按線性插值得到空調(diào)隨室外溫度變化的能效曲線。當(dāng)需要的制冷負(fù)荷低于空調(diào)額定冷量時(shí)，考慮空調(diào)斷續(xù)運(yùn)行效率低于連續(xù)運(yùn)行，引入?yún)?shù)PLF。

圖1 SEER測(cè)試圖

計(jì)算公式：

(1)

(2)

(3)

部分負(fù)荷率

PLF(tj)=1-CD(1-X(tj))

(4)

(5)

效率降低系數(shù)CD=0.25

(6)

如圖2所示，定頻空調(diào)的季節(jié)制熱HSPF測(cè)試方法通過額定制熱點(diǎn)與低溫制熱點(diǎn)的測(cè)試數(shù)據(jù)，按線性插值得到隨室外溫度變化的能效曲線。能效曲線的確定要考慮結(jié)霜溫度區(qū)域?qū)δ苄У挠绊?，?dāng)需要的制熱負(fù)荷低于空調(diào)額定熱量時(shí)，考慮空調(diào)斷續(xù)運(yùn)行的效率低于連續(xù)運(yùn)行，引入?yún)?shù)PLF。

房間空氣調(diào)節(jié)器的能效指標(biāo)實(shí)測(cè)值應(yīng)符合GB 12021.3標(biāo)準(zhǔn)的要求,在試制階段，實(shí)測(cè)EER應(yīng)不低于GB 12021.3對(duì)應(yīng)能效等級(jí)指標(biāo)下限值加0.07 W/W；在生產(chǎn)階段，實(shí)測(cè)EER應(yīng)不低于GB 12021.3對(duì)應(yīng)能效等級(jí)指標(biāo)下限值加0.05 W/W。

2.2 變頻空調(diào)季節(jié)能效測(cè)試方法

變頻空調(diào)節(jié)能原理如圖3所示，中間能力點(diǎn)的EER/COP高，中間能力點(diǎn)的設(shè)計(jì)能效的大小對(duì)SEER計(jì)算結(jié)果的影響大于額定能力點(diǎn)，壓縮機(jī)運(yùn)行頻率(或轉(zhuǎn)速)范圍寬，特別是具有較低的最小運(yùn)行頻率。

圖2 定頻制熱HSPF曲線

圖3 變頻空調(diào)器節(jié)能原理

定頻空調(diào)的季節(jié)能效測(cè)試方法，主要是獲取特性工況點(diǎn)的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，確定建筑負(fù)荷與特征頻率下的制冷/制熱能力線得出各能力線與建筑負(fù)荷線的交點(diǎn)溫度，確定空調(diào)在不同環(huán)境溫度范圍的運(yùn)行狀態(tài)，通過計(jì)算交點(diǎn)的能效值，得到EER/COP曲線，分段進(jìn)行季節(jié)耗電量與季節(jié)制冷/制熱量的計(jì)算。

計(jì)算公式：

(7)

(8)

(9)

按照GB 21455-2013標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品的能效要求，按如上方法進(jìn)行試驗(yàn)，并按照GB 21455-2013標(biāo)準(zhǔn)附錄A中規(guī)定的“制冷和制熱季節(jié)運(yùn)行時(shí)室外環(huán)境各溫度發(fā)生時(shí)間”和GB/T 7725新版標(biāo)準(zhǔn)附錄E中規(guī)定的計(jì)算方法對(duì)其實(shí)測(cè)值進(jìn)行空調(diào)器季節(jié)能源消耗效率(SEER、HSPF、APF)的計(jì)算。

圖4 變頻空調(diào)器SEER曲線圖

圖5 變頻空調(diào)HSPF的試驗(yàn)曲線圖

圖6 變頻空調(diào)COP的試驗(yàn)曲線圖

3 影響季節(jié)能效因素分析

3.1 制冷/制熱季節(jié)各溫度發(fā)生時(shí)間

全年內(nèi)各溫度發(fā)生時(shí)間是根據(jù)空調(diào)器使用區(qū)域內(nèi)的氣候條件，參考?xì)v史氣象數(shù)據(jù)，并進(jìn)行統(tǒng)計(jì)調(diào)查制定的。對(duì)季節(jié)能效計(jì)算結(jié)果產(chǎn)生影響的不是不同溫度下運(yùn)行時(shí)間的長(zhǎng)短，而是不同溫度的運(yùn)行時(shí)間占全部時(shí)間的權(quán)重。

根據(jù)不同溫度分布曲線下，SEER計(jì)算值的比較試驗(yàn)，如圖7所示。分布A：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)中的制冷季節(jié)溫度發(fā)生時(shí)間；分布B：分布A中低溫區(qū)(24～29℃)時(shí)間增加20%，高溫區(qū)(30～38℃)時(shí)間減少20%；分布C：分布A中的低溫區(qū)時(shí)間減少20%，高溫區(qū)時(shí)間增加20%或5h(取較高值)。

圖7 不同溫度分布曲線

在制冷季節(jié)，當(dāng)變頻空調(diào)在高溫區(qū)運(yùn)行的時(shí)間相對(duì)于低溫區(qū)越長(zhǎng)，加權(quán)平均溫度會(huì)隨之升高，其SEER會(huì)越低。

3.2 建筑物負(fù)荷線的確定

建筑物的負(fù)荷主要是通過房屋的結(jié)構(gòu)、大小、朝向、房間的熱源、氣象條件以及人體發(fā)熱等因素來確定。為了便于計(jì)算，建筑物負(fù)荷與室外環(huán)境溫度簡(jiǎn)化為成線性關(guān)系，即由零負(fù)荷點(diǎn)與設(shè)計(jì)負(fù)荷點(diǎn)確定的直線為建筑物負(fù)荷線。

圖8 制冷建筑負(fù)荷線

設(shè)計(jì)負(fù)荷溫度點(diǎn)上空調(diào)的制冷能力相對(duì)于建筑物制冷負(fù)荷的余量對(duì)SEER的計(jì)算結(jié)果基本沒有影響。理論上設(shè)計(jì)負(fù)荷溫度點(diǎn)選取的越低，SEER計(jì)算結(jié)果就會(huì)越高，但實(shí)際相差很小。

3.3 效率降低系數(shù)CD

部分負(fù)荷率(PLF)是指在同一溫濕度條件下，空調(diào)器進(jìn)行斷續(xù)運(yùn)行時(shí)的能效與連續(xù)運(yùn)行時(shí)的能效之比，該參數(shù)越高，表示空調(diào)器斷續(xù)運(yùn)行時(shí)的效率越高。效率降低系數(shù)(CD)是空調(diào)器因斷續(xù)運(yùn)行而發(fā)生效率降低的系數(shù)，確定效率降低系數(shù)的低濕制冷試驗(yàn)與斷續(xù)制冷試驗(yàn)進(jìn)行起來比較復(fù)雜，試驗(yàn)周期較長(zhǎng)，且不易測(cè)準(zhǔn)。

計(jì)算公式：

(10)

PLF(tj)=1-CD(1-X(tj))

(11)

變頻空調(diào)應(yīng)用兩點(diǎn)法試驗(yàn)與計(jì)算出的SEER值通常會(huì)比三點(diǎn)法的值略高，并且對(duì)于制冷能力越大的空調(diào)，SEER值的偏差會(huì)越大。

4 能效評(píng)價(jià)的發(fā)展方向和結(jié)論

空調(diào)系統(tǒng)季節(jié)能效、綜合運(yùn)行能效評(píng)價(jià)方法更接近產(chǎn)品的實(shí)際應(yīng)用狀況，綜合考慮產(chǎn)品使用場(chǎng)合的建筑物冷、熱負(fù)荷特性、熱源側(cè)工況變化對(duì)產(chǎn)品運(yùn)行效率的影響，可以有效指導(dǎo)空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能運(yùn)行調(diào)控，也能為既有建筑的節(jié)能改造提供科學(xué)依據(jù)，是空調(diào)制冷產(chǎn)品能效評(píng)價(jià)的發(fā)展方向。

[1] 轉(zhuǎn)速可控型房間空氣調(diào)節(jié)器能效限定值及能效等級(jí) GB21445-2013[S]：155066.1-47359

[2] 房間空氣調(diào)節(jié)器能效限定值及能效等級(jí) GB 12021.3-2010 ICS 27.010[S]

[3] 房間空氣調(diào)節(jié)器 ICS 91.140.30[S]

[4] 王祎，王隨林，王清勤，等.國(guó)外綠色建筑中通風(fēng)空調(diào)評(píng)價(jià)的分析[J].低溫建筑技術(shù)，2010，(2)：115-116，125

[5] 白雪蓮，楊文輝.空調(diào)系統(tǒng)綜合運(yùn)行能效評(píng)價(jià)方法及其應(yīng)用[J].建筑科學(xué)，2010，(12)：49-52

[6] 張明圣.主要制冷空調(diào)產(chǎn)品季節(jié)能效源效率評(píng)價(jià)方法標(biāo)準(zhǔn)的分析[J].制冷與空調(diào)，2009，(2):20-24