中國APF標準中低溫制熱的影響

0 前言

2013年6月9 日，中國正式發布了GB21455-2013《轉速可控型房間空氣調節器能效限定值及能效等級》，將于2013年10月1日起正式實施。今后，國內銷售的變頻空調將采用全年能源消耗效率APF (Annual Performance Factor)指標的評價方法。與目前僅考慮制冷性能的季節能源消耗效率SEER評價方法相比，APF采用了兼顧制冷與制熱性能的評價方法，更加客觀地反應變頻空調器的效率。

由于國內的使用習慣，空調在低溫環境性能受到特別的關注，在APF評價標準中，低溫制熱對于空調器APF值具有較大的影響。提高低溫制熱性能，從而提高APF值是目前各空調器廠商研究的重要課題之一。

1 APF計算方法簡介

根據GBT7725《房間空調調節器》的規定，通過測定空調器的5個工況（中間制冷、額定制冷、中間制熱、額定制熱、低溫制熱）性能來計算空調的APF值。各工況點性能見表1所示。

表1 變頻空調各工況測試性能

根據GBT7725，規定了建筑物的4點負荷（如表2所示），并根據4點負荷確定了不同環境溫度下，建筑物的負荷。

表2 建筑物負荷

圖1 APF計算方法

tf：低溫制熱能力與房間冷負荷相等時的環境溫度；

tg：額定制熱能力與房間冷負荷相等時的環境溫度；

tq：中間制熱能力與房間冷負荷相等時的環境溫度；

tb：中間制冷能力與房間熱負荷相等時的環境溫度；

tc：額定制冷能力與房間熱負荷相等時的環境溫度；

通過測試空調的5個工況性能后，計算出每個環境溫度下的能力和功率，每一溫度下建筑物負荷與時間的乘積之和即為總能力，每一溫度下消耗功率與時間的乘積之和即為總功率，總功率與總能力的比值，即為空調器的APF，如下所示：

式中，CSTL—全年制冷總負荷；

HSTL—全年制熱總負荷；

CSTE—全年空調制冷消耗總功率；

HSTE—全年空調制熱消耗總功率。

2 低溫制熱對于空調APF的影響

但是，從圖1可以看出，當環境溫度低于tf時，空調器的制熱量不能滿足房間冷負荷的要求，根據國內APF計算方法，此時，將以電加熱的形式補充制熱量不足部分。設PRH表示電加熱，則有：

式中，Q(a,b)—溫度a、b之間，空調累計制冷 (熱)量；

P(a,b)—溫度a、b之間，空調累計消耗功率。

所以，低溫制熱性能對于APF的影響主要有5個方面，PRH，Q(-7,tf)，Q(tf,tg)，P(-7,tf)，P(tf,tg)。

從中可以發現，由于電加熱的效率按1.0計算，如果這部分比例大，將嚴重影響APF的性能，而PRH的大小，由tf決定。

由于建筑物的冷負荷由空調額定制冷量決定，所以，可以定義以下參數：

低溫制熱量比例：

但是，空調制熱能力的提高，必然會導致輸入功率的增加，即APF計算式中，P(-7,tf)和P(tf,tg)增加，所以，可以根據不同的低溫制熱能力和低溫制熱功率，畫出一條等AFP曲線，利用等APF曲線判斷APF是否達到最優。

3 案例分析

以國內某款冷暖式空調為例，其5個工況的匹配數據及全年能源消耗效率APF計算值如表3所示。

表3 某款變頻空調性能測試結果

通過調整低溫制熱量及低溫功率，可以畫出三組等APF曲線，如圖2所示。

圖2 空調等APF曲線

同時可以畫出低溫制熱COP與APF曲線的關系，如圖3所示。

圖3 低溫制熱COP與APF關系

從圖2中可以看出，相同低溫功率時，低溫制熱量越高，APF值越高；相同低溫制熱量時，低溫制熱功率越低，APF值越低。從圖3中可以看出，達到同樣的APF值，隨著低溫制熱量的提高，低溫制熱的能效比COP可以降低，這與空調匹配的實際情況是一致的。

所以，我們可以調整匹配，提高低溫制熱的制熱量，當制熱功率的增加量超過等APF曲線中功率的增加量，說明低溫制熱性能達到了最佳狀態，此時可以獲得最佳的APF值。

圖2中等COP曲線與等APF曲線的夾角，近似反映了可調整的空間，夾角越大，可調整空間越大，夾角越小，可調整空間越小。

通過以上分析，我們調整了該款空調低溫制熱的匹配參數，結果如表4所示。

表4 某款變頻空調低溫制熱匹配優化后結果

從優化結果來看，低溫制熱量提高了6.5%，雖然低溫制熱能效比COP下降了5.4%，但是APF提高了0.4%。

4 結論

低溫制熱性能對于空調APF值有較大的影響，不僅低溫制熱功率影響APF值，低溫制熱量也影響APF值。

低溫制熱在匹配過程中，存在一最佳值，使APF效果達到最佳。

參考資料

[1]中國國家標準：GB7725《房間空氣調節器》.

[2]中國國家標準：GB21455《轉速可控型房間空氣調節器能效限定值及能源效率等級》