空調長效節能特性評價方法的研究

李志亮，陳新強，馬金平，夏林鋒

（合肥通用機械研究院，合肥 230001）

0 引言

目前，比較常用的空調節能技術主要有針對新空調采用的變頻節能技術[1]，以及針對在用空調采用的空調熱回收技術和空調清洗技術等[2-5]。節能空調的能效等級是對未經使用的產品通過在實驗室環境里測得的數據評定而來。這種評定方法存在一定的局限性，無法對于空調在使用一段時間之后是否仍然節能給出判定。而空調不僅要能效高，還要在使用周期內保持較為穩定的節能效果，這樣才能算是真正意義上的節能空調。空調長效節能評定是“更高級別、更全面、條件更苛刻”的空調節能評定，是讓空調的節能指標從實驗室數據轉為實際使用的運行指標，即“節能更要節材、節能更要持久、節能更要長壽、待機狀態也要節能、更能應付惡劣的高低溫環境等。”本文對兩款空調進行人工環境模擬空調在進行長周期運行后的制冷和制熱性能進行了分析。

1 試驗系統流程

1.1 試驗目的

根據空調器的產品特性，在長時間的運行之后，空調本身會出現性能衰減。這主要是由于空調本身的機械磨損、老化以及換熱器表面的污垢等所導致的。故本實驗對空調進行不間斷運行，旨在加速空調的老化、機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，從而影響空調的制冷性能。在對原有空調性能指標評價的基礎上，采用制冷量性能衰減率、能效比性能衰減率、能效負荷衰減率三個性能參數來考核。

制冷量性能衰減率QS(t1-t2)：

空調器t1時間實測制冷量Qt1與Qt2時間實測制冷量之差與t1時間實測制冷量Qt1之比。

能效比性能衰減率EERS(t1-t2)：

空調器t1時間實測EERt1與t2時間實測EERt2之差與t1時間實測EERt1之比。

能效負荷衰減率EERFS(t1-t2)：

額定制冷工況下實測的EERe與空調器在高溫負荷下實測能效比EERg之差與額定制冷工況下的EERE之比。

1.2 試驗流程

根據前述實驗目的，系統流程圖如圖1 所示。首先通過對空調器樣機進行額定制冷量試驗[6-7]，接下來使空調處于三個高溫工況下進行負荷衰減試驗。然后在每個試驗周期（720 h）內對空調進行人為的開停機模擬、淋水模擬以及粉塵模擬試驗，以其加速空調的老化周期。在每個試驗周期結束后再對空調器樣機進行制冷量測試，下面的B、C 周期依次重復A 周期內的試驗，待試驗全部結束后對其制冷量性能衰減率、能效比性能衰減率、能效負荷衰減率三個方面進行評價。

圖1 長效周期試驗系統流程圖

2 試驗方法

2.1 一般要求

2.1.1 試驗裝置

空調器制冷量、能效比EER 的測試裝置、試驗房間、儀器儀表應符合GB/T 7725 標準中的要求。本試驗是在合肥通用機械研究院的焓差試驗室進行的。依據國標GB/T 7725-2004，空氣焓差法實驗需要兩個相鄰的房間，一個作為室內側小室，一個作為室外側小室，兩個試驗小室的空氣狀態在試驗機組和空氣再調節機組的共同作用下，應該能保持在試驗條件規定的范圍內，通過空氣取樣裝置分別測量房間空調器室內機送、回風口空氣的干球及濕球溫度以計算相對濕度，即可得到取樣截面處的空氣狀態，求出送、回風空氣間的焓差。同時測量室內機的風量。測得的風量與焓差相乘即可得到房間空調器的制冷量或制熱量。本次試驗選用樣機KFR-32G/SQ+3 壁掛機進行3 個周期的性能測試。

2.1.2 樣品安裝

空調器按制造商說明書進行安裝，進行制冷量、能效比EER 測試時，將空調器室內、外空氣進行交換的通風門和排風門（如果有）完全關閉，其設定溫度、風扇轉速、導向格柵等調到最大制冷狀態。室內機出風口導向格柵在每次測試的位置應處于同一位置。

2.1.3 試驗工況

空調器進行制冷量、能效比EER 測試時，試驗工況依據GB/T 7725-2004表3 規定的額定制冷工況進行。空調器在時間段內進行連續運行時，環境溫度應在25℃～45℃，相對濕度在50%～90%。

2.2 負荷衰減率試驗

空調器設置參照額定制冷量測試要求，按照表1 工況進行制冷量及能效比測試。測試結束后，回收制冷劑，緊接著進行A 周期的連續運行試驗。

2.3 開停機模擬試驗

空調器在連續運行期間，每運行168 h，采用遙控器關閉和啟動空調器的方式，在1 h 內重復開停空調器10 次，空調器在每次啟動后，至少運行3 min。

2.4 淋水模擬試驗

開停模擬試驗后，空調器處于停機狀態，用符合GB 4208-2008 標準要求的淋水噴頭以(100±10)L/h 的流量，在室外機冷凝器上方(500～600)mm 處，在冷凝器垂直表面成10°～20°角位置向冷凝器進行淋水，試驗時間1 min。試驗布置見圖2。

圖2 淋水模擬試驗布置圖

2.5 粉塵模擬試驗

樣機在淋水試驗后靜置1 min，然后開啟制冷模式運行，然后采用粉塵吹出裝置吹出總量為100 g的模擬粉塵。試驗時，可將冷凝器等分為3 個區域，用粉塵吹出裝置對每個區域吹出相同等分的模擬粉塵。粉塵模擬試驗在0.5 h 內完成，試驗過程中，樣機不停機繼續連續運行。粉塵發出裝置見圖3。

圖3 粉塵發出裝置圖

3 試驗結果

3.1 高溫負荷衰減率

空調器按照表1 規定的4 個工況運行，測試結果見圖4。從數據中可看出，在室內干濕球溫度不變的情況下，空調器隨著室外干濕球溫度的上升制冷量、制冷消耗功率、制冷性能系數都呈現遞減趨勢，能效負荷衰減率反而逐漸增大，由6.38%上升到11.58%。數據表明，空調器的性能受高溫惡劣工況影響很大，主要是由于空調室外機冷凝器隨著室外溫度的上升換熱溫差減小，換熱效果差，系統壓力升高，壓縮機壓比增大，壓縮機耗功增大，導致整機的制冷量下降，整機功率上升，整機性能下降。

圖4 高溫負荷性能衰減圖

表1 高溫工況及測試結果

3.2 制冷量性能衰減率

空調器依次進行額定工況、A、B、C 周期運行后，制冷量與制冷量衰減率見圖5。從圖5、表2中可看出，隨著長運周期的進行，空調器制冷量、制冷量性能衰減率都在減小。制冷量性能衰減率在A 周期結束后下降的最明顯，隨后下降趨勢減緩。這是由于空調器在第一個周期內淋雨、粉塵模擬試驗影響換熱器的換熱性能，相比于試驗前換熱影響較大。雖然B、C 周期內重復A 周期試驗，但是相比A 只是增加空調老化時間，故制冷量衰減率沒有A 周期結束后影響大。

圖5 長周期空調器性能衰減圖

表2 空調器長周期測試數據

3.3 能效比性能衰減率

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

4 結論

通過本次試驗，我們可以從另外一方面了解空調器在經歷高溫工況以及長運周期之后，空調器本身的節能狀況。相比于目前人們僅對未經使用過的空調器的節能評價，采用長運周期的制冷量性能衰減率、能效比性能衰減率、能效負荷衰減率來評價空調的節能特性更具合理性。本試驗受制于時間限制，目前僅進行了三個多月的試驗，接下來還要對其冷重比和待機功率等進行分析，增加試驗周期，盡可能多面的對空調的節能做出更合理的評價。

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