多聯(lián)式空調(diào)機組APF影響因素的研究

肖 彪，何 林，舒 宏，張 威，范建波

1 前言

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

多聯(lián)式房間空調(diào)器國家標準GB/T 18837-2015也采用APF作為其性能評價指標，業(yè)內(nèi)對其研究也有了一些成果［2］，但目前對多聯(lián)式空調(diào)器7個測試點的參數(shù)對APF計算結(jié)果影響的分析存在不足。王碩淵等對國標中的APF與日本APF進行的對比表明同一臺空調(diào)器參數(shù)采用日本APF算法得出的值更高，其原因在于日本標準中規(guī)定的全年季節(jié)各溫度發(fā)生時間長度不同導致了該差異［3］。戚文端等采用擬合公式對家用空調(diào)器中APF算法進行簡化計算，分析了各個測試點能效對于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影響APF值，單純采用線性擬合的方式并不適用。譚成斌等對制冷和制熱的參數(shù)變化時對APF的影響進行的試驗研究給出了APF隨各能力及其功率的波動趨勢［5］，但并未給出其對APF影響的相對大小。另外，業(yè)內(nèi)對壓縮機等的零部件對 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)計階段提高APF。因此，有必要采用試驗測試和算法分析的方式,對各試驗工況點實測能力、能效對APF的影響進行研究，分析對APF影響較大的工況及影響原因。在對APF的影響因素的理論分析基礎(chǔ)上，選取變頻多聯(lián)機組樣品進行程序改進，驗證提高實測APF值的效果。

2 試驗樣品和APF影響因素確定

2.1 試驗樣品基本參數(shù)和試驗方法確定

本文采用一款名義制冷量為16.0kW的多聯(lián)式熱泵空調(diào)機組，壓縮機采用名義工作容積為42.8 mL的變頻式轉(zhuǎn)子壓縮機，其室內(nèi)風機和室外風機為直流風機，轉(zhuǎn)速可調(diào)節(jié)。試驗設(shè)備采用焓差法試驗臺進行測試，測試方法完全按照GB/T 18837-2015中的名義制冷量大于7.1 kW的機組計算APF時所需的制冷3個點和制熱4個點進行測試，形成表1中的基本數(shù)據(jù)，計算APF結(jié)果為4.452 kW·h/kW·h。

表1 試驗樣品測試基本參數(shù)

2.2 影響APF計算的參數(shù)確定

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

名義制冷點的能力和能效中由于能力的實測值與建筑負荷有關(guān)，不影響APF值，能效單獨影響APF值，因此名義制冷能效為獨立因素。同樣中間制冷能效、名義制熱能效、中間制熱能效3個參數(shù)也為獨立因素。最小制冷點、最小制熱點、低溫制熱點的3組數(shù)據(jù)中，最小制冷點和最小制熱點由于能力和能效會同時影響到其他溫度點能效的計算，因此為非獨立因素。另外，由于機組低溫下能力無法滿足房間熱負荷需求時APF算法中將默認由電輔熱來滿足房間熱負荷，該算法導致季節(jié)能耗大幅增加，因此，低溫制熱點也是影響APF的一組非獨立影響因素。

3 影響因素分析

3.1 獨立因素對APF的影響

圖1給出了以表1的樣品測試參數(shù)作為計算基準點，APF隨4個獨立因素各自按照百分比變化的趨勢［2］。該圖顯示，在基準點上將該4個參數(shù)中任何一個參數(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個獨立因素變化時對APF的影響

對于4個獨立影響因素，可進行相似的原因分析，中間制冷能效對APF的影響最大的原因分析如下：（1）根據(jù)APF的算法，中間點能效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個溫度點的能效值，每一個溫度點下的發(fā)生時間大，平均值為69.11 h；而名義制熱能效在提升時對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個溫度點，每個溫度點的年度發(fā)生時間較短，平均為45.8 h，因此能效提高相同比例的情況下對APF影響較小。

因此，所在溫度區(qū)間、區(qū)間各點溫度發(fā)生時間的大小為4個獨立因素影響APF排序的原因，直接提高各點基礎(chǔ)能效能夠直接提高APF值。

3.2 非獨立影響因素最小工況點對APF的影響

圖2給出了GB/T18837-2015中制冷和制熱季節(jié)各個溫度的發(fā)生標準時間和樣品經(jīng)計算得到的各溫度點下的運行能效曲線（制冷能效、制熱能效按照GB/T18837-2015中表B.1、B.2和B.3的標準工況測試后經(jīng)計算為不同室外環(huán)境溫度下的能效，APF為計算后的全年季節(jié)）。該曲線顯示，機組制冷能效曲線在26 ℃附近存在拐點，對應(yīng)為最小制冷能力與房間冷負荷相等的平衡溫度點Td（26.13 ℃），在高于該溫度點時機組能夠連續(xù)運行，隨著溫度的升高能效降低。在低于該溫度點時由于機組的最小能力超過了房間冷負荷需求導致機組斷續(xù)運行，降低了能效，斷續(xù)運行出現(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，更頻繁地斷續(xù)運行導致的能效降低越嚴重。同樣，最小制熱能力的拐點為6 ℃，對應(yīng)為最小制熱能力與房間負荷平衡的溫度點Tr（6.21 ℃）。

圖2 制冷和制熱季節(jié)各個溫度的發(fā)生時間和樣品經(jīng)計算得到的各溫度點運行能效曲線

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

3.3 非獨立影響因素低溫制熱工況點對APF的影響

低溫制熱能力與能效的關(guān)系及對APF的影響如圖3所示。從圖可知，提高低溫制熱能力會導致其能效降低，而提高能效也會導致能力的降低，二者將同時影響APF值；在該低溫制熱測試點，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APF的影響更為顯著，但其斜率存在一個轉(zhuǎn)折點（能力為11536 W對應(yīng)能效為2.92 W/W），在實測低溫制熱能力低于該轉(zhuǎn)折點時隨著能力的提高（對應(yīng)能效降低）APF提升較快，而實測低溫制熱能力高于該點時，隨著低溫制熱能力的提高APF提升緩慢。存在該轉(zhuǎn)折點的原因為APF算法中對低溫制熱實測能力與計算得到的低溫制熱能力的判斷，而計算得到的低溫制熱能力為名義制熱實測值的0.778倍，與名義制熱實測值大小無關(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APF的影響

4 樣品邏輯優(yōu)化及對比

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)化機組零部件運行狀態(tài)的邏輯可以分別提高4個獨立因素和3組非獨立因素。對于4個獨立影響因素，由于廠家在設(shè)計過程中已進行了較好的優(yōu)化，本文不再重復優(yōu)化。針對非獨立因素，可以通過技術(shù)調(diào)節(jié)手段對化霜等過程進行優(yōu)化從而提升APF。表2給出了樣品的3組非獨立影響因素經(jīng)調(diào)整優(yōu)化前后對比，并計算調(diào)整后的APF值。經(jīng)計算本文中的樣品經(jīng)優(yōu)化調(diào)節(jié)后能效達到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 試驗樣品非獨立因素優(yōu)化前后參數(shù)對比

5 結(jié)論

（1）按照對APF影響情況，可分為4個獨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。其中獨立影響因素對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）非獨立影響因素中，最小制冷和最小制熱由于機組斷續(xù)運行導致的能效降低嚴重，在產(chǎn)品設(shè)計過程中應(yīng)盡可能的降低最低能力輸出，在最小制冷時降低為名義制冷能力的7.14%和最小制熱時降低為名義制冷能力的5.38%可避免機組斷續(xù)運行導致的能效降低。

（3）非獨立影響因素中，低溫制熱工況的能力比能效對APF的影響更大，當能力和能效共同作用于APF時以能力影響為主，但其影響效果存在一個0.778倍實測名義制熱能力的轉(zhuǎn)折點，在產(chǎn)品開發(fā)過程中可將低溫制熱能力提高到該轉(zhuǎn)折點之上，并盡量的提高能效，以此提高APF。另外，通過優(yōu)化機組壓縮機等的運行狀態(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)機組［S］.

［3］ 王碩淵.中國與日本APF標準的差異［J］.家電科技，2013（9）：38-40.

［4］ 戚文端，李金波.變頻空調(diào)能效評價標準及APF對比研究［C］.第十屆全國電冰箱（柜）、空調(diào)器及機壓縮機學術(shù)交流大會論文集，2011：56-59.

［5］ 譚成斌，陳煥新.房間空氣調(diào)節(jié)器季節(jié)能效比的優(yōu)化方法研究［J］.家電科技，2015（3）:26-27.

［6］ 秦存濤，祁影霞，胡祥江，等.關(guān)于提高家用空調(diào)能效APF的試驗研究［C］.2014年中國家用電器技術(shù)大會論文集，2014：183-188.

［7］ 張海鋒，吳建華，厲彥忠.轉(zhuǎn)速可控型房間空調(diào)器用壓縮機能效評價方法研究及應(yīng)用［J］.制冷學報，2013（1）：57-64.

［8］ 劉佳莉，黃翔，韓正林，等.干燥工況下新型復合式露點間接蒸發(fā)冷卻空調(diào)機組的試驗研究［J］.流體機械，2015，43（3）：52-57.

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