變頻空調器能效的試驗驗證與優化分析

楊新國 劉 健

（廣東TCL智能暖通設備有限公司 中山 528427）

引言

空調能效標準作為產品節能控制的有效手段，已被各國普遍采用，但因地理經濟水平等客觀因素導致各國能效標準水平不一而足[1]，我國空調與熱泵的能效標準，風冷從單一工況的制冷能效比 EE R或性能系數 COP，發展到 SEE R 和供熱季節性能系數 HSPF；水冷從單一工況 COP，發展到綜合部分負荷系數 IPLV[2]。2020年空調能效新國標GB 21455-2019《房間空氣調節器能效限定值及能效等級》已正式實施，首次將變頻空調和定頻空調的能效標準統一起來,整體提升空調的能效入門標準[3]。

而海外市場也于2020年7月1日發布Portaria 234-2020，對Portaria 7-2011和Portaria 643-2012規定的空調能效標識計劃中的合格評定要求進行改進，對于分體式空調器：2022年12月31日起，巴西國內制造商必須確保制造或進口的產品必須滿足表新能效等級要求[4]，2023年6月30日起，在巴西市場上所有銷售的產品必須滿足新能效等級要求[4]，2024年6月30日起，在巴西市場上分銷或貿易活動中的產品必須滿足新能效等級要求[4]，能效標準的逐步提升對節約能源和減少環境污染起到重要作用[5]。

本文將通過試驗驗證不同測試方法及不同參數對機組綜合能效的實際影響，用于后續海外市場同類產品開發參考。

1 測試介紹

我國房間空調器APF測試時，主要測試四個工況點，額定工況點，中間點，最小點，低溫點，綜合計算最終的能效值進行能效等級的判定；巴西市場前期是單點能效的測試進行能效考核，現針對定變頻機組均已提出新能效測定的方法，后續采用新能效標準進行考核，下文主要介紹變頻機組能效測試方法。

如表1所示為巴西市場新能效測試所對應的測試工況，其中Test1和Test2為必測點，Test1能力要求達到標稱能力的92 %以上，Test2能力要求到達標稱能力的45～55 %，Test3為選測點，其能力要求達到標稱能力的45～55 %。

表1 測試工況

巴西新能效IDRS計算參照ISO 16358-1進行，29 ℃低溫中間負荷點根據實際測試情況，選擇對應的計算方式即可。

2 實驗驗證

本文以頂出風外機搭配座吊內機為測試研究對象，系統原理圖如圖1所示，采用冷媒散熱方式，散熱板前后均設置電子膨脹閥，機組制冷/熱的時候分別采用電子膨脹閥1、2進行節流，而散熱板前的電子膨脹閥在對應模式下固定開度不變，避免控制板出現凝露現象，以此更好的保證機組的可靠運行，實現制冷制熱的最優效果。

圖1 冷媒散熱系統原理圖

2.1 試驗設置

測試樣機配置，如表2所示。

表2 試驗樣機配置

選用6 p焓差式控制實驗臺，用于提供實驗所需的室內工況和室外工況，控制精度干球為±0.3 ℃，濕球±0.2 ℃。利用溫度傳感器采集室內/外側的溫度，精度為±0.1 ℃，數據的記錄間隔為5 s。

2.2 測試方案

空調機組運行過程中，對能力能效產生影響的參數較多（包含不同計算方法），分析認為不同參數對能力能效的影響呈拋物線趨勢，系統匹配的最佳效果就是各參數均處在最高拐點的附近，保證綜合能效的最優化。

本文重點驗證如下因素的影響：

1）計算方法：對比兩點法和三點法（加入選測測試點）對綜合能效的影響；

2）對比外機直流電機轉速對單負荷點能力能效的影響；

3）對比交直流電機方案對綜合能效的影響。

測試評價依據實際測試的能力能效進行對比分析，每項測試只針對一個測試參數改變調整，為保證試驗的準確性，對不同批次機組相同參數設置下的測試效果也進行了相關試驗驗證。

3 試驗結果及分析

3.1 計算方法的對比分析

不同的計算方法對綜合能效的計算結果有較大的影響，由圖2可知，采用三點法計算，即加入29 ℃中間負荷選測點，在保證其余兩個負荷點數據一致的情況下，隨35 ℃中間負荷點單點能效的提升，綜合能效計算值反而呈現逐步下降的趨勢。

圖2 EER對IDRS的影響

而采用兩點法計算，在保證35 ℃額定負荷點一致的情況下，由圖3可知，此時隨35 ℃中間負荷點單點能效的提升，綜合能效計算值呈現逐步增大的趨勢，中間負荷點的加入綜合能效相比額定點單點能效有較大的提升效果。

圖3 EER對IDRS的影響

對比兩點法和三點法的測試效果，在35 ℃中間負荷點取較高能效時（對兩點法計算有增加趨勢，對三點法計算有減小趨勢），由表3可知，此時三點法計算綜合能效相比兩點法提升了12.9 % ；而當35 ℃中間負荷點取較低能效時（對兩點法計算有減小趨勢，對三點法計算有增加趨勢），由表3可知，此時三點法計算綜合能效相比兩點法提升了46.3% ；三點法計算中間負荷點取較低能效有利，兩點法計算中間負荷點取較高能效值有利，兩種計算方法均取最優值，三點法較兩點法提升23.4% 。

表3 不同計算方法比較

對于內銷產品，單點能力能效對APF的影響都是正相關關系，而巴西能效三點法的計算方式則出現35 ℃中間負荷點能效與綜合能效呈負相關的關系，因此針對此類產品，測試時該中間負荷點要取能力高能效低的點，在滿足能力要求的基礎上（45～55 %），壓縮機盡可能選擇較大的運行頻率；確定壓縮機運行頻率后，調節其它可控參數，盡可能提升能力降低能效則綜合能效最優。

3.2 交直流電機方案的對比分析

搭配座吊內機采用交流電機，通過三點法計算綜合能效，主要對比外機直流電機轉速變化對三個負荷點能力能效的影響；在相應的負荷點，固定壓縮機頻率和閥開度，內電機高風檔，外電機轉速手動調節，由圖4可知，在35 ℃額定點和中間點，隨轉速提升，能力都呈現先增后減的趨勢，29 ℃中間點，隨轉速提升，能力基本無變化；電機轉速改變，外側冷凝器換熱效果發生變化，轉速的逐步提升，不同負荷工況下對應不同的轉速點會有一個極限點，達到能力最優，此時外機轉速繼續提升，對能力影響不大。

圖4 直流電機轉速變化對能力的影響

由圖5可知，在35 ℃額定點，隨轉速提升能效呈現先增后減的變化趨勢，而35 ℃中間點、29 ℃中間點均隨轉速提升能效均承逐步下降的趨勢；轉速提升，機組能力提升量低于同比功率的提升量，因此能效基本都是穩中有降的趨勢。

圖5 直流電機轉速變化對能效的影響

對比交直流電機同壓縮機頻率、風檔、開度、外電機轉速（轉速850 r/min）下，如表4所示，直流電機方案各負荷點能力能效較交流電機方案均有所提升，調節轉速可提升該負荷點的能力能效；綜合能效提升16.2%。

表4 交直流電機方案對比

4 結論

本文在一定條件下，利用參數控制法，對出口巴西頂出風變頻空調系統的綜合能效進行驗證分析，對比了不同計算方法、直流電機轉速、交直流電機方案等因素對綜合能效的影響，得到如下結論：

1）采用三點法計算綜合能效更有利，調節可控參數保證35 ℃中間負荷點能力高能效低，其余兩個負荷點能力能效調為最優則綜合能效計算值最優；

2）直流電機方案在額定點能力能效隨轉速提升會有一個高的拋物線拐點，而中間點隨轉速下降能效有明顯的增高趨勢，滿足能力要求的前提下，對29 ℃中間點外電機轉速可調至最低轉速；對35 ℃中間點外電機轉速可調至最高轉速；

3）直流電機方案較交流電機方案對IDRS有明顯提升，需結合開發成本綜合考究。

影響變頻空調器能力能效的因素較多，且不同參數之間有一定的相關性，確保綜合能效達到最優是需要進一步努力研究的方向。