中美兩國冷水機(jī)組標(biāo)準(zhǔn)的IPLV評價(jià)體系差異性分析

史 敏 何亞峰 鐘 瑜

(壓縮機(jī)技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 合肥通用機(jī)械研究院 合肥 230088)

中美兩國冷水機(jī)組標(biāo)準(zhǔn)的IPLV評價(jià)體系差異性分析

史 敏 何亞峰 鐘 瑜

(壓縮機(jī)技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 合肥通用機(jī)械研究院 合肥 230088)

介紹中美兩國冷水機(jī)組IPLV評價(jià)的現(xiàn)狀，從IPLV的構(gòu)建原理和權(quán)重系數(shù)的推導(dǎo)方法、試驗(yàn)工況、測試方法、測試允差、插值計(jì)算方法等方面對兩國冷水機(jī)組IPLV評價(jià)體系進(jìn)行對比分析，指出我國當(dāng)前IPLV評價(jià)體系已不適應(yīng)我國建筑業(yè)和暖通空調(diào)產(chǎn)業(yè)現(xiàn)階段發(fā)展水平，該工作對于明確兩國標(biāo)準(zhǔn)的差異性、推動(dòng)我國冷水機(jī)組產(chǎn)品性能評價(jià)體系的改進(jìn)與完善具有參考價(jià)值。關(guān)鍵詞 冷水機(jī)組；IPLV；權(quán)重系數(shù)；測試允差；插值計(jì)算

IPLV是用一個(gè)單一數(shù)值表示的空氣調(diào)節(jié)用冷水機(jī)組的部分負(fù)荷效率指標(biāo)，基于機(jī)組部分負(fù)荷時(shí)的性能系數(shù)值、按照機(jī)組在各種負(fù)荷下運(yùn)行時(shí)間的加權(quán)因素，通過計(jì)算獲得。IPLV的概念起源于美國，1986年開始應(yīng)用，1988年被美國空調(diào)制冷協(xié)會(huì)ARI采用，1992年和1998年進(jìn)行了兩次修改[1-2]；而我國起步較晚，是在GB 50189—2005《公共建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》中才開始使用IPLV性能評價(jià)指標(biāo)[3]。采用IPLV的原因在于蒸汽壓縮循環(huán)冷水(熱泵)機(jī)組絕大部分時(shí)間運(yùn)行在變工況和部分負(fù)荷工況下，僅用名義制冷工況下的EER難以體現(xiàn)其部分負(fù)荷運(yùn)行時(shí)的效率水平。因此，在考核冷水機(jī)組性能時(shí)，既要考慮名義工況下的滿負(fù)荷COP指標(biāo)，也須考慮機(jī)組的部分負(fù)荷性能指標(biāo)(IPLV/NPLV)，這樣才能更為合理地評價(jià)一臺冷水機(jī)組產(chǎn)品性能的優(yōu)劣。

為推動(dòng)我國冷水機(jī)組性能評價(jià)體系的發(fā)展和完善，本文將從IPLV構(gòu)建原理和權(quán)重系數(shù)的推導(dǎo)方法、實(shí)驗(yàn)工況、測試方法、測試允差、插值計(jì)算方法等多個(gè)方面對中美兩國冷水機(jī)組性能評價(jià)方法進(jìn)行對比分析，以明確中美兩國冷水機(jī)組產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)的差異性。

1 兩國IPLV的構(gòu)建原理及權(quán)重系數(shù)推導(dǎo)方法對比

現(xiàn)行的AHRI 550/590—2011[4]版標(biāo)準(zhǔn)的附錄D介紹了IPLV的推導(dǎo)過程，同時(shí)也說明了IPLV是由4個(gè)部分負(fù)荷性能系數(shù)加權(quán)評價(jià)單臺冷水機(jī)組的指標(biāo)。這4個(gè)不同的運(yùn)行條件是考慮了綜合氣候數(shù)據(jù)并結(jié)合各種建筑負(fù)荷和環(huán)境運(yùn)行條件確定的。制定IPLV指標(biāo)的目的是創(chuàng)建一種評價(jià)在部分負(fù)荷工況和變工況(受周圍環(huán)境影響)條件下的能效指標(biāo)，除了用于設(shè)計(jì)標(biāo)定(名義工況)之外，能夠?yàn)橐恍┠茉戳⒎C(jī)構(gòu)規(guī)定冷水機(jī)組最低能效水平，以及為一些工程公司比較類似技術(shù)冷水機(jī)組提供一種有用的方法。但不應(yīng)用IPLV數(shù)值來預(yù)測一臺冷水機(jī)組在任何特定工程與運(yùn)行條件下的全年能耗。

IPLV是冷水機(jī)組在部分負(fù)荷下的性能表現(xiàn)。其基本原理為：將建筑負(fù)荷整理成BIN參數(shù)的形式，再根據(jù)將整個(gè)負(fù)荷以100%、75%、50%、25%為中心劃分為四個(gè)區(qū)域，最后計(jì)算得到每個(gè)區(qū)域占總負(fù)荷小時(shí)數(shù)的比例(即公式中的權(quán)重系數(shù))，對100%、75%、50%、25%的EER按權(quán)重系數(shù)進(jìn)行加權(quán)得到IPLV，見式(1)：

IPLV=a×(EER100%)+b×(EER75%)+c×(EER50%)+d×(EER25%)

(1)

1.1 美國標(biāo)準(zhǔn)冷水機(jī)組IPLV權(quán)重系數(shù)的推導(dǎo)方法

AHRI 550/590IPLV的測試計(jì)算方法見式(2)：

IPLV=0.01A+ 0.42B+0.45C+ 0.12D

(2)

式中：A為100%負(fù)荷率時(shí)的EER，W/W；B為75%負(fù)荷率時(shí)的EER，W/W；C為50%負(fù)荷率時(shí)的EER，W/W；D為25%負(fù)荷率時(shí)的EER，W/W。

圖1 負(fù)荷-室外干球溫度圖Fig.1 Load-outdoor air temperature, DB

圖2 平均運(yùn)行時(shí)間-室外干球溫度圖Fig.2 Average running time-outdoor air temperature, DB

圖3 負(fù)荷小時(shí)數(shù)-室外干球環(huán)境溫度圖Fig.3 Load hours-outdoor air temperature, DB

在ARI 550/590標(biāo)準(zhǔn)中，IPLV公式中的4個(gè)權(quán)重系數(shù)是基于實(shí)際建筑類型，并對美國29個(gè)城市的氣溫進(jìn)行加權(quán)平均，對機(jī)組的負(fù)荷時(shí)間數(shù)進(jìn)行加權(quán)平均得到的。其推導(dǎo)過程如下：

首先根據(jù)1992年的DOE和BOMA研究，將全美國使用冷水機(jī)組的建筑按使用情形分為四大組：

第1組：一周7 d工作制，每天24 h運(yùn)行，0 ℉(-17.8 ℃)及以上機(jī)組開始運(yùn)行；

第2組：一周7 d工作制，每天24 h運(yùn)行，55 ℉(12.8 ℃)及以上機(jī)組開始運(yùn)行；

第3組：一周5 d工作制，每天12 h運(yùn)行，0 ℉(-17.8 ℃)及以上機(jī)組開始運(yùn)行；

第4組：一周5 d工作制，每天12 h運(yùn)行，55 ℉(12.8 ℃)及以上機(jī)組開始運(yùn)行。

其次，針對每組建筑的冷水機(jī)組使用情形，分別按照全美29個(gè)城市的氣溫與負(fù)荷根據(jù)冷水機(jī)組銷售容量的比重進(jìn)行加權(quán)可得到圖1，針對每組建筑使用情形時(shí)，可得75%負(fù)荷、50%負(fù)荷和25%負(fù)荷對應(yīng)的測試工況；再將氣溫和運(yùn)行時(shí)間根據(jù)機(jī)組銷售容量的比重進(jìn)行加權(quán)可以得到圖2，根據(jù)圖1和圖2，可以得到負(fù)荷小時(shí)數(shù)與氣溫的關(guān)系(見圖3)，再以負(fù)荷的100%、75%、50%和25%為中心劃分為4個(gè)區(qū)域，其中100%負(fù)荷區(qū)域?yàn)?個(gè)設(shè)計(jì)點(diǎn)溫頻數(shù)，75%和50%負(fù)荷區(qū)域?yàn)?個(gè)溫頻數(shù)，剩下的為25%負(fù)荷的溫頻數(shù)。對每個(gè)區(qū)域加權(quán)平均后可以得到每組建筑的冷水機(jī)組使用情形下的a，b，c和d的4個(gè)系數(shù)。

再根據(jù)DOE和BOMA研究結(jié)論，確定4組建筑的冷水機(jī)組使用情形所占的比例，第1組為24.0%，第2組為12.2%，第3組為32.3%，第4組為31.5%。將之前計(jì)算得到每組建筑的冷水機(jī)組使用情形的a，b，c和d的4個(gè)系數(shù)按照各使用情形建筑所占的比例進(jìn)行加權(quán)得到標(biāo)準(zhǔn)中的IPLV計(jì)算的權(quán)重系數(shù)。

該推導(dǎo)過程做了以下的假設(shè)：天氣數(shù)據(jù)是針對美國29個(gè)城市的一個(gè)加權(quán)平均，選取的29個(gè)城市代表了25年中(1967～1992)全部冷水機(jī)組銷售的80%的區(qū)域，同時(shí)29個(gè)城市涵蓋了ASHRAE所劃分8個(gè)氣候區(qū)中的6個(gè)區(qū)，更能反映全美氣候區(qū)的差異。包括帶和不帶經(jīng)濟(jì)器的冷水機(jī)組使用加權(quán)平均。假設(shè)建筑負(fù)荷隨室外環(huán)境和平均冷凝器濕球(MCWB)溫度線性向下變化到50 ℉(10 ℃)干球溫度，之后其負(fù)荷變化線為水平。并預(yù)先確定A點(diǎn)為100%負(fù)荷，以及水冷式機(jī)組85 ℉(29.4 ℃)冷凝器進(jìn)口水溫(ECWT)/風(fēng)冷式機(jī)組95 ℉(35 ℃)進(jìn)口干球(EDB)溫度的設(shè)計(jì)點(diǎn)。其他點(diǎn)通過tonR-h數(shù)、冷凝器進(jìn)口水溫和進(jìn)口干球溫度的分布分析確定。冷凝器進(jìn)口水溫為實(shí)際的平均冷凝器濕球溫度加上一個(gè)8 ℉(4.4 ℃)確定。

1.2 中國標(biāo)準(zhǔn)冷水機(jī)組IPLV權(quán)重系數(shù)的推導(dǎo)方法

中國標(biāo)準(zhǔn)中涉及冷水機(jī)組IPLV的主要是GB 50189—2005[3]《公共建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》，和GB/T 18430系列產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)。其中最早采用IPLV的GB 50189—2005，因此在產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)GB/T 18430.1—2007[5]修訂時(shí)，考慮到國內(nèi)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)制定機(jī)構(gòu)已經(jīng)取得的成果，盡量避免在同一國家標(biāo)準(zhǔn)體系中出現(xiàn)兩套不同的IPLV計(jì)算公式。直接采用了我國建設(shè)部組織制定、審查、批準(zhǔn)并與國家質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局聯(lián)合發(fā)布的規(guī)范GB 50189—2005《公共建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》中的由我國氣象參數(shù)導(dǎo)出的IPLV計(jì)算公式。

中國標(biāo)準(zhǔn)的IPLV主要參考了AHRI 550/590的IPLV的原理，但公式中的權(quán)重系數(shù)是根據(jù)我國的實(shí)際使用現(xiàn)狀確定的，見公式(3)：

IPLV(C)=2.3%×A+ 41.5%×B+ 46.1%×C+ 10.1%×D

(3)

式中：A、B、C、D的含義與式(2)中的相同，其部分負(fù)荷百分?jǐn)?shù)是以名義制冷量(明示值)為基準(zhǔn)定義的。

我國冷水機(jī)組IPLV指標(biāo)不能直接引用美國ARI標(biāo)準(zhǔn)的一個(gè)很重要的原因是：美國的氣象條件和氣候分區(qū)同中國的實(shí)際情況有許多區(qū)別，與美國29個(gè)城市相比，冬季各地平均溫度偏低8～10 ℃左右，夏季各地平均溫度卻要高出1.3～2.5 ℃。因此美國ARI標(biāo)準(zhǔn)所給數(shù)值不能真正反映出中國氣象條件對建筑的負(fù)荷分布的影響。

參考AHRI 550/590的權(quán)重系數(shù)推導(dǎo)過程，中國的IPLV權(quán)重系數(shù)是以我國4個(gè)典型氣候的19個(gè)城市典型辦公建筑的平均逐時(shí)氣象參數(shù)的加權(quán)平均值計(jì)得到的符合我國氣候條件的權(quán)重系數(shù)[6]。我國典型辦公建筑，運(yùn)行時(shí)間為每周5.5 d，每天工作12 h。分別按照4個(gè)典型氣候區(qū)城市的氣溫與負(fù)荷進(jìn)行加權(quán)可以得到圖4。再將氣溫和運(yùn)行時(shí)間進(jìn)行加權(quán)可以得到圖5，根據(jù)圖4和圖5，可以得到負(fù)荷小時(shí)數(shù)與氣溫的關(guān)系(見圖6)，以負(fù)荷的100%，75%，50%和25%為中心劃分為4個(gè)區(qū)域，其中100%負(fù)荷區(qū)域?yàn)?個(gè)設(shè)計(jì)點(diǎn)溫頻數(shù)，75%和50%負(fù)荷區(qū)域?yàn)?個(gè)溫頻數(shù)，剩下的為25%負(fù)荷的溫頻數(shù)。對每個(gè)區(qū)域加權(quán)平均后可以得到每個(gè)典型氣候區(qū)的a，b，c和d的4個(gè)系數(shù)，如表1所示。

圖 4 負(fù)荷-室外干球溫度圖Fig.4 Load-outdoor air temperature, DB

圖5 平均運(yùn)行時(shí)間-室外干球溫度圖Fig.5 Average running time-outdoor air temperature, DB

圖6 負(fù)荷小時(shí)數(shù)-室外干球環(huán)境溫度圖Fig.6 Load hours-outdoor air temperature, DB

其次，根據(jù)2003年中國統(tǒng)計(jì)年鑒和中國制冷空調(diào)行業(yè)年度報(bào)告的統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果，以4個(gè)氣候區(qū)的當(dāng)年建成的總建筑面積為權(quán)重系數(shù)，如圖7所示，最后通過對4個(gè)典型氣候區(qū)進(jìn)行加權(quán)平均并修正后，得到符合中國氣象參數(shù)的IPLV權(quán)重系數(shù)，并應(yīng)用于國家標(biāo)準(zhǔn)中。

圖7 2003年不同氣候區(qū)新建建筑面積占比Fig.7 New building area ratio of different climate zone in 2003

項(xiàng)目a/%b/%c/%d/%嚴(yán)寒地區(qū)10327512151寒冷地區(qū)0736253498夏熱冬冷地區(qū)23386472119夏熱冬暖地區(qū)07463417113全國加權(quán)平均13401473113

1.3 兩國標(biāo)準(zhǔn)冷水機(jī)組IPLV權(quán)重系數(shù)的推導(dǎo)方法對比

中美兩國冷水機(jī)組IPLV權(quán)重系數(shù)推導(dǎo)的關(guān)鍵要素對比見表2。

從中美兩國標(biāo)準(zhǔn)中IPLV的推導(dǎo)過程可以發(fā)現(xiàn)，IPLV是一個(gè)綜合的評價(jià)指標(biāo)，不僅僅是在4個(gè)負(fù)荷下性能系數(shù)的綜合，還是對全國氣候區(qū)氣象參數(shù)和銷售比例或建筑面積的綜合，是機(jī)組在各個(gè)建筑中的負(fù)荷和運(yùn)行時(shí)間進(jìn)行匯總統(tǒng)計(jì)加權(quán)得到的計(jì)算系數(shù)，IPLV計(jì)算結(jié)果不代表任何一個(gè)城市特定的建筑情況。因此IPLV無法預(yù)測一臺冷水機(jī)組在任何特定工程與運(yùn)行條件下的全年能耗。另一方面，從IPLV的計(jì)算公式來看，4個(gè)性能系數(shù)的加權(quán)并不具有像SEER那樣反映季節(jié)建筑負(fù)荷和季節(jié)耗電量比值的物理意義[8-13]。IPLV僅僅是向能源立法機(jī)構(gòu)規(guī)定冷水機(jī)組最低能效水平和生產(chǎn)企業(yè)比較類似技術(shù)冷水機(jī)組提供了一個(gè)公共評價(jià)平臺。

表2 中美兩國標(biāo)準(zhǔn)IPLV權(quán)重系數(shù)推導(dǎo)關(guān)鍵要素對比Tab.2 Comparison of derivation key elements of IPLV weight ratio between China standard and AHRI standard

從表2中美兩國IPLV權(quán)重系數(shù)關(guān)鍵要素對比分析可以發(fā)現(xiàn)：1)中國標(biāo)準(zhǔn)參照了美國標(biāo)準(zhǔn)推導(dǎo)了符合中國氣象和實(shí)際使用情況的IPLV計(jì)算公式；2)在某些方面存在一定的差異，當(dāng)前的IPLV評價(jià)僅針對了典型辦公建筑，沒有全面考慮其他典型建筑的使用情況，在中國IPLV推導(dǎo)過程中由于缺乏類似美國DOE和BOMA對于建筑的全面數(shù)據(jù)積累，沒有涵蓋冷水機(jī)組絕大部分的銷售區(qū)域以及銷售的占比情況，僅僅考慮了2003年新建建筑面積各氣候區(qū)域的占比，代表性還有待提高；3)美國標(biāo)準(zhǔn)IPLV的4個(gè)權(quán)重系數(shù)，是冷水機(jī)組運(yùn)行的負(fù)荷小時(shí)數(shù)的加權(quán)，而中國標(biāo)準(zhǔn)的4個(gè)權(quán)重系數(shù)僅是運(yùn)行時(shí)間數(shù)的加權(quán)，推導(dǎo)嚴(yán)謹(jǐn)性方面也有待改進(jìn)。

GB 50189標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)修訂，近期發(fā)布了GB 50189—2015[14]版。新版標(biāo)準(zhǔn)通過對國內(nèi)主要冷水機(jī)組生產(chǎn)廠家提供的銷售數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，選取我國21個(gè)典型城市進(jìn)行各類典型公共建筑的逐時(shí)負(fù)荷計(jì)算。所選取的城市的冷水機(jī)組銷售量占到了銷售總量的94.8%，基本覆蓋了我國冷水機(jī)組的實(shí)際使用條件。根據(jù)我國各氣候區(qū)內(nèi)21個(gè)典型城市的6類常用冷水機(jī)組作為冷源的典型公共建筑分別進(jìn)行了IPLV公式的計(jì)算。根據(jù)126組計(jì)算結(jié)果，以各城市冷機(jī)銷售數(shù)據(jù)、不同氣候區(qū)內(nèi)不同類型公共建筑面積分布為權(quán)重系數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)平均，確定了新的全國統(tǒng)一的IPLV計(jì)算公式。我國冷水機(jī)組產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)的IPLV計(jì)算公式也應(yīng)及時(shí)修訂。

2 兩國IPLV測試工況對比分析

中美兩國標(biāo)準(zhǔn)中IPLV的測試工況也存在一定差異，這是由于兩國氣象參數(shù)的差異造成的，詳見表3。

表3 中美兩國標(biāo)準(zhǔn)IPLV測試工況對比Tab.3 Comparison of IPLV test condition between China standard and AHRI standard

從表3對比可以看出，IPLV測試時(shí)，按AHRI 550/590標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定蒸發(fā)器側(cè)的進(jìn)口水溫比國標(biāo)要低0.3 ℃，按流量計(jì)算AHRI 550/590標(biāo)準(zhǔn)的蒸發(fā)器側(cè)進(jìn)出口溫差為5.56 ℃，而國標(biāo)為5 ℃溫差。冷凝器側(cè)的部分負(fù)荷工況，美國AHRI標(biāo)準(zhǔn)的75%，50%和25%要比國標(biāo)的工況溫度低。從理論循環(huán)角度分析，其循環(huán)的冷凝溫度要更低，消耗功率更小，因此部分負(fù)荷時(shí)測試得到的性能系數(shù)要更高。兩國標(biāo)準(zhǔn)IPLV計(jì)算的權(quán)重系數(shù)不同，工況也存在差異，兩者之間不存在可比性。

兩國標(biāo)準(zhǔn)的IPLV測試時(shí)對污垢系數(shù)的規(guī)定相同，對于這點(diǎn)，應(yīng)充分綜合考慮兩國之間水質(zhì)的差異。兩國標(biāo)準(zhǔn)中均提出了根據(jù)污垢系數(shù)對工況中的蒸發(fā)器出水溫度和冷凝器出水溫度的修正計(jì)算方法。但國標(biāo)GB/T 18430中提到新機(jī)組蒸發(fā)器和冷凝器水側(cè)應(yīng)認(rèn)為是清潔的，測試時(shí)污垢系數(shù)應(yīng)考慮為0 (m2·℃)/kW，因此，在實(shí)際測試中并沒有按污垢系數(shù)對工況進(jìn)行修正，而AHRI認(rèn)證測試時(shí)是按污垢系數(shù)對工況進(jìn)行修正的。

3 兩國IPLV測試方法及測試允差的對比分析

中國關(guān)于冷水機(jī)組性能測試的方法標(biāo)準(zhǔn)是GB/T 10870—2014[15]，美國標(biāo)準(zhǔn)為AHRI 550/590—2011。對于冷水機(jī)組的性能測試，均采用液體載冷劑法。但對于風(fēng)冷冷水機(jī)組的冷凝器側(cè)環(huán)境工況，美國AHRI標(biāo)準(zhǔn)提出了檢驗(yàn)風(fēng)冷冷凝器排風(fēng)是否循環(huán)回?fù)Q熱器盤管的判斷方法、機(jī)組進(jìn)口空氣溫度分布要求、空氣取樣器及其上分布熱電偶的要求、溫濕度測定盒要求、實(shí)驗(yàn)裝置中空氣取樣器的位置設(shè)置與數(shù)量要求、空氣取樣器和溫濕度測定盒的典型配置，在實(shí)際測試中對被試風(fēng)冷冷水機(jī)組的風(fēng)側(cè)環(huán)境工況的溫度場要求更高。新修訂的2014版國標(biāo)對這些要求提出了相應(yīng)的設(shè)計(jì)要求。

冷水機(jī)組部分負(fù)荷運(yùn)行進(jìn)行性能測試時(shí)，由于部分負(fù)荷測試時(shí)，進(jìn)出水溫差變小，因此溫度參數(shù)測量誤差對允許偏差結(jié)果的影響要放大，應(yīng)根據(jù)部分負(fù)荷工況的不同，允許放大偏差結(jié)果的限值要求。GB/T 10870—2014標(biāo)準(zhǔn)修訂時(shí)參照AHRI 550/590標(biāo)準(zhǔn)提出了不同負(fù)荷工況下測試時(shí)性能允差要求的計(jì)算公式，見公式(4)：

(4)

式中：σ為熱平衡允許偏差，%；DTFL為滿負(fù)荷時(shí)蒸發(fā)器進(jìn)出水溫差，℃；FL為負(fù)荷百分?jǐn)?shù)。

在滿負(fù)荷工況時(shí)進(jìn)出水溫差為5 ℃條件下，根據(jù)公式(4)可以計(jì)算出，機(jī)組100%負(fù)荷工況下，性能允差為5.167%；75%負(fù)荷工況下，性能允差為7.472%；50%負(fù)荷工況下，性能允差為10.33%；25%負(fù)荷工況下，性能允差為15.42%。

4 兩國IPLV中插值測試計(jì)算方法的對比分析

在兩國IPLV評價(jià)體系中，IPLV的測試和計(jì)算是通過對冷水機(jī)組100%、75%、50%以及25%負(fù)荷能力的測試，并通過公式計(jì)算出IPLV的值。對于不能卸載到準(zhǔn)確的75%、50%、25%負(fù)荷點(diǎn)的空調(diào)機(jī)，當(dāng)測試計(jì)算75%負(fù)荷點(diǎn)的COP時(shí)，可在75%負(fù)荷工況下測試比75%點(diǎn)更小的負(fù)荷點(diǎn)，與100%的點(diǎn)直線相連并通過插值計(jì)算的方法得到75%負(fù)荷能力的值，不允許使用外插法。對于不能卸載到75%或50%或25%負(fù)荷點(diǎn)，如能卸載到比50%點(diǎn)更低的點(diǎn)，但無法卸載到25%的點(diǎn)，則使冷水機(jī)組在25%負(fù)荷工況下運(yùn)行在最小能力下測試，并采用公式(5)計(jì)算得到D點(diǎn)負(fù)荷的性能系數(shù)COP：

(5)

式中：Qm為實(shí)測制冷量，kW；Pm為實(shí)測輸入總功率，kW；CD為衰減系數(shù)，是由于冷水機(jī)組無法達(dá)到最小負(fù)荷，壓縮機(jī)循環(huán)停機(jī)引起。

在實(shí)際冷水機(jī)組設(shè)計(jì)制造過程中，企業(yè)很難將冷水機(jī)組的卸載能力準(zhǔn)確地設(shè)計(jì)到75%、50%及25%的負(fù)荷點(diǎn)，因此計(jì)算各負(fù)荷點(diǎn)的EER所采用的插值計(jì)算方法將直接影響冷水機(jī)組的IPLV值。中美兩國對于IPLV插值的測試計(jì)算方法略有不同，見圖8。

注：GB/T 18430.1的插值測試計(jì)算方案：由B2及 A點(diǎn)插值得到B’AHRI 550/590的插值測試 計(jì)算方案：由B1及A點(diǎn)插值得到B圖8 中美兩國標(biāo)準(zhǔn)冷水機(jī)組IPLV插值 測試計(jì)算對比Fig.8 Comparison of interpolation calculation between China standard and AHRI standard

中美兩國冷水機(jī)組標(biāo)準(zhǔn)對于部分負(fù)荷工況均有規(guī)定，都與負(fù)荷呈線性關(guān)系，可按式(6)計(jì)算得到：

進(jìn)風(fēng)干球溫度(或進(jìn)水溫度)=E×FL+F

(6)

式中：FL為負(fù)荷百分?jǐn)?shù)；E、F分別為常數(shù)，風(fēng)冷或水冷數(shù)值不同。

從式(6)中可以看出，工況和負(fù)荷是一一對應(yīng)的關(guān)系。

4.1 GB/T18430.1—2007采用的方法

GB/T 18430.1—2007標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定冷水機(jī)組如無法卸載到規(guī)定負(fù)荷點(diǎn)(如75%負(fù)荷點(diǎn))時(shí)，應(yīng)按規(guī)定的部分負(fù)荷工況條件下其他負(fù)荷點(diǎn)運(yùn)行，但沒有規(guī)定其他負(fù)荷點(diǎn)運(yùn)行的具體工況值。因此，在現(xiàn)行IPLV插值測試計(jì)算時(shí)，冷水機(jī)組如果不能卸載到75%負(fù)荷點(diǎn)，但冷水機(jī)組可以在66%負(fù)荷下運(yùn)行，則冷水機(jī)組以66%負(fù)荷在75%負(fù)荷工況運(yùn)行得到B2點(diǎn)，將B2點(diǎn)與A點(diǎn)兩點(diǎn)用直線連接再通過插值法計(jì)算得到B’點(diǎn)，由B’近似代替B點(diǎn)計(jì)算IPLV。采用該方案插值實(shí)際得到的B’點(diǎn)偏移了75%負(fù)荷點(diǎn)。在最近修訂的GB/T 18430.2[16]標(biāo)準(zhǔn)報(bào)批稿中，已明確了如無法卸載到75%和50%負(fù)荷點(diǎn)時(shí)，應(yīng)在其他負(fù)荷點(diǎn)工況下對應(yīng)的其他負(fù)荷點(diǎn)運(yùn)行測試，并插值計(jì)算。

4.2 ARI 550/590—2011標(biāo)準(zhǔn)所規(guī)定的方法

冷水機(jī)組如不能卸載到75%負(fù)荷點(diǎn)，但冷水機(jī)組能在66%負(fù)荷下運(yùn)行，可通過公式(6)計(jì)算出對應(yīng)于66%負(fù)荷時(shí)的工況溫度。然后在該工況下以66%負(fù)荷運(yùn)行測試得到B1點(diǎn)，將B1點(diǎn)與A點(diǎn)兩點(diǎn)用直線連接再通過插值法計(jì)算得到B點(diǎn)。采用該方法符合IPLV推導(dǎo)的原理中的負(fù)荷與工況一一對應(yīng)的關(guān)系。但采用該測試計(jì)算方法，首先要預(yù)估冷水機(jī)組的卸載能力，并根據(jù)預(yù)估的卸載能力預(yù)算運(yùn)行工況點(diǎn)，然后在實(shí)驗(yàn)中實(shí)測找出偏差，預(yù)估一個(gè)更接近的值，計(jì)算一個(gè)更接近的工況點(diǎn)，再進(jìn)行測試，這樣反復(fù)測試計(jì)算逼近真實(shí)值，該方法從實(shí)驗(yàn)的角度是較為麻煩的。

從IPLV的評價(jià)原理來說，冷水機(jī)組的部分負(fù)荷應(yīng)對應(yīng)部分負(fù)荷工況，兩者是一一對應(yīng)關(guān)系，ARI 550/590—2011標(biāo)準(zhǔn)所規(guī)定的插值計(jì)算方法更符合IPLV原理。由于插值點(diǎn)部分負(fù)荷的不確定性，對采用不同插值測試計(jì)算方法導(dǎo)致的兩國標(biāo)準(zhǔn)里IPLV計(jì)算結(jié)果的偏差是正偏差還是負(fù)偏差無法確定。

5 結(jié)論

IPLV是一個(gè)用于綜合評價(jià)冷水機(jī)組產(chǎn)品的性能指標(biāo)，但不具備反映建筑實(shí)際能耗的物理意義。

本文在IPLV的構(gòu)建原理和權(quán)重系數(shù)的推導(dǎo)方法、實(shí)驗(yàn)工況、測試方法、測試允差、插值計(jì)算方法等方面對中美兩國現(xiàn)行IPLV評價(jià)體系的對比分析，分析指出我國產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)所使用的IPLV評價(jià)體系已不適應(yīng)我國建筑業(yè)和暖通空調(diào)產(chǎn)業(yè)現(xiàn)階段發(fā)展水平。中國冷水機(jī)組產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)的IPLV參照美國IPLV的構(gòu)建方法而提出，但其對象建筑僅針對了標(biāo)準(zhǔn)辦公建筑(未考慮商場、賓館等其他典型建筑)，且在確定各氣候區(qū)各負(fù)荷率下的COP權(quán)重系數(shù)時(shí)，僅考慮了2003年當(dāng)年建成的總建筑面積，故其代表性對當(dāng)前的冷水機(jī)組的市場覆蓋面不足；中國IPLV的4個(gè)權(quán)重系數(shù)是冷水機(jī)組運(yùn)行時(shí)間的加權(quán)系數(shù)，未反映建筑負(fù)荷和運(yùn)行時(shí)間的關(guān)系，也是需要改進(jìn)提高的地方；此外，在IPLV插值測試計(jì)算方法上，以及風(fēng)冷式冷水機(jī)組測試時(shí)風(fēng)側(cè)環(huán)境工況的溫度場要求也存在一定的不足，故今后在標(biāo)準(zhǔn)修訂時(shí)，應(yīng)考慮在中國當(dāng)前整體冷水機(jī)組檢測實(shí)驗(yàn)水平基礎(chǔ)上，適當(dāng)提高測試要求。

冷水機(jī)組IPLV從2005年引入中國至今已有10年，對中國冷水機(jī)組產(chǎn)品性能水平的提高起到了重要的促進(jìn)作用。但隨著中國冷水機(jī)組市場發(fā)展和使用狀況變遷，以及近年來中國氣象參數(shù)的變化，研發(fā)適用于我國現(xiàn)階段的冷水機(jī)組產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)IPLV評價(jià)體系已成為制冷空調(diào)行業(yè)的當(dāng)務(wù)之急。

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About the corresponding author

Shi Min, female, professor of senior engineer, vice president of Hefei General Machinery Research Institute, +86 551-65335506, E-mail: shimin2000@126.com. Research fields: research for testing technology of refrigeration and air conditioning, research for refrigeration compressor technology, et al.

Difference Analysis between China National Standard and AHRIStandard of IPLV Evaluation System

Shi Min He Yafeng Zhong Yu

(State Key Laboratory for Compressor Technology, Hefei General Machinery Research Institute, Hefei, 230088, China)

IPLV evaluation status of water chilling packages in China and USA standards is introduced. The IPLV evaluation system of the two countries is compared in detail from the aspects of IPLV′s principle and weight coefficient, test conditions, test method, test tolerance, interpolation calculation method and so on. The conclusion indicates that current IPLV evaluation system in China is not adapted to the current development of China′s construction industry and HVAC industry. This analysis is helpful to distinguish the differences between the two standards and improve the standard IPLV evaluation system of water chilling packages in our country.

water chilling packages; Integrated Part Load Value; weight coefficient; test tolerance; interpolation calculation method

2015年10月8日

0253- 4339(2015) 06- 0111- 08

10.3969/j.issn.0253- 4339.2015.06.111

TU831.4;O241.3

A

史敏，女，教授級高級工程師，合肥通用機(jī)械研究院副院長，(0551)65335506，E-mail：shimin2000@126.com。研究方向：制冷空調(diào)檢測技術(shù)研究，制冷壓縮機(jī)技術(shù)研究等。