關于變頻多聯機APF能效試驗中針對低溫制冷實測時準確性的檢討和建議

劉璐璐

（大金（中國）投資有限公司上海分公司 上海 201108）

引言

能效一直是空調性能和耗能的直觀體現，空調的等級也以此進行評定，用戶也作為購買空調主要考慮參數之一，從早期商用機、家用機的EER，多聯機IPLV（C），一直到現在主推的APF，針對自2013年10月1日，國家對變頻空調（家用的）能效等級實施新標準，市場準入門檻也由5級提升至3級。同時，變頻空調能效新標準引入了APF即全年能源消耗效率評價指標，既考慮了空調的制冷能力又包含制熱因素，一改以往考核變頻空調的能效指標僅考核制冷季節內空調的能耗，APF考核的是全年的能耗水平，對空調性能的評估更加全面。針對多聯機2015年12月10發布了GB/T 18837-2015版本，其中關于多聯機空調能效由IPLV變更成APF。而生產廠商除了試算外，都會進行對APF要求的測試點進行試驗，通過實測值來明確產品最終明示值，故準確并真實反映被測機的真實能力，對用戶負責，尤為重要。

1 理論和實測的檢討

在變頻多聯機APF能效試驗中，其中在低溫制冷工況，針對非定容型空調機有2種選擇，一種是不進行實測，直接根據實測名義制冷使用參數進行計算得出，如圖示1參數（摘自GB/T 18837-2015）；另一種是在低溫制冷工況（室外干球29 ℃；室內干球溫度27 ℃，濕球溫度19 ℃）下進行實測。下面就這2種方法，通過實測數據進行說明，測試方式的不同造成的影響。

之后說明使用單個變量，制冷實測能力GB 有相關要求規定，中間制冷為名義制冷的1/2，本次固定；而消耗功率沒特殊要求，故使用名義制冷中間功率的單獨變化進行說明。（變化值也為假設值）針對方法1，參數計算得出，這臺機器最終APF 為3.544 （其中實測數據僅參考用），當名義中間制冷功率實測變大后3 513 W變到 5 513 W后，低溫制冷中間為計算值（根據GB中給出參數計算得出），故也由3 211 W變到5 039 W，相應EER由于功率上升而下降，APF由3.554 4 下降成3.175 1，符合并體現機器能耗上升后能效下降的邏輯性。詳見圖示2所示。

（其中功率上升原因有很多，中間制冷在符合GB標準要求下需要調整試驗機的狀態，如壓縮機頻率，外機風扇轉速，室內機、室外機電子膨脹閥等，會出現沒有調整到機器最佳狀態下且不符合機器出廠設定時，會出現單點能效降低的現象。）

針對方法2，在低溫制冷工況下進行單獨實測得出，故不會受到名義中間能力和功耗的影響而變化。這臺機器最終APF 為3.544（為了方便說明，數據使用同一份，且假設低溫制冷工況數據為實測），

和之前一樣說明使用單個變量，名義制冷中間功率的變化進行說明。

當中間制冷功率實測變大后3513 W變到5513 W后，低溫制冷中間為實測不變，相應EER由于功率上升而下降，但是SEER卻上升，導致APF由3.554 4 上升成3.620 7，體現機器能耗上升但能效也上升的奇怪現象，不符合機器實際情況。詳見圖示3所示。

為何出現這種奇怪現象，難道低溫制冷（29 ℃）實測時無法體現空調機的真實情況？下面先從APF 計算的機理進行說明，產生這種現象的原因。方法1和2，主要影響了制冷季節耗電量CSTE，而CSTE主要根據P(Tj)曲線得出，圖4就是2種方法的實際曲線。

圖1 低溫制冷工況試驗項目表（摘自GB/T 18837-2015）

圖2 方法1參數變化圖

圖3 方法2 參數變化圖

圖4 方法1和方法2實際曲線圖

圖5 單點理論曲線

單點曲線公式：（選自GB/T 18837-2015：P24）

式中：

Phaf(tj)—室外溫度tj時，機組以中間制冷能力運行所消耗的功率，單位（W）；

Phaf(35)—機組按GB規定方法（室外工況35 ℃）試驗時的實測中間制冷消耗功率，單位（W）；

Phaf(29)—機組按GB規定方法（室外工況29 ℃）試驗時的實測中間制冷消耗功率，單位（W）；

tj—各制冷季節溫度區間對應的室外溫度。

由圖示5可見，當單點功率在P（35）上升，由于P（29）沒變化。曲線由P（Tj）變成P（Tj）’上升后，導致產生杠桿作用，在（29～35）℃期間段，受到P（35）上升而上升，而在（22～29）℃期間段，受到P（35）上升而下降。

單點的變化，可以得出整體會影響CSTE的變化，而CSTE 是計算全年度的，故本次影響變量P（TJ）曲線中P12，P23階段的能耗，圖6是實際差異的數據表。

圖6 數據差異表

圖7是根據單體變化得出的整體變化曲線，和實際數據曲線相比，趨勢基本一致。

圖7 整體曲線

其中Tc，Td是根據實測制冷的數據按照GB要求和房間負荷進行計算得出，本次分析中制冷能力相關沒發送變化，故這里Tc，Td也沒變化。

同時根據單點理論，關于P3曲線即 P（max）是根據名義Tb（35 ℃）得出，且只超過Tb時，只計算大于Tb的曲線段，故不會受到杠桿的影響；而P1曲線即 P（min）是根據名義Tc得出，也只計算小于Tc的曲線段，故也不會受到杠桿的影響；

CSTE公式（選自GB/T 18837-2015：P25），

式中：

CSTE—制冷季節耗電量；

X(tj)—室外溫度tj時，建筑物的制冷負荷與機組的制冷量之比；

Pmin(tj)—室外溫度tj時，機組以最小制冷能力運行所消耗的功率，單位（W）；

Pmh(tj)—室外溫度tj時，機組在最小制冷能力與中間制冷能力之間，對應建筑熱負荷的能力連續可變運行所消耗的功率，單位（W）；

Phf(tj)—機組以最小制冷能力與中間制冷能力之間的能力連續可變運行，室外溫度tj時的制冷消耗功率，單位（W）；

Pful(tj)—室外溫度tj時，機組以名義制冷能力運行所消耗的功率，單位（W）；

nj—制冷季節需要制冷的各溫度發生時間，單位（h）。

為方便說明，下面用圖示7中簡易曲線段進行說明：

CSTE=P1+P12+P23+P3；CSTE’=P1+P12’+P23’+P3，CSTE＞CSTE’，故導致實測名義制冷功率上升而計算出APF也上升的現象。

2 分析和建議

上述可見，在進行變頻多聯機APF 實測時，若名義中間能力在進行調整時，沒按照空調實際運轉狀態調整到空調機最優；而在開展實測低溫中間制冷能力時根據空調機實際狀態調整到了最優，反而產生能效提升的假象。而根據機理發現，出現此類問題不僅僅出現在進行實測低溫中間制冷情況下，在實測低溫最小制冷也同樣明顯；對于低溫制熱和超低溫制熱工況下實測時，由于制熱涉及化霜區域和非化霜區域及諸多溫度界限點影響，此類問題不明顯，在特定情況下才會出現，但依舊說明若選做時，影響的點比較多。

雖然對選做點測試點全部使用參數計算，可以有效的解決此類問題的發生，但廠商在開發空調時，考慮了年間各個溫度發生的時間和比重，對于壓縮機的性能，蒸發器和冷凝器的性能等也進行了選擇和最優化設計，以此保證，如低溫制冷工況下，能效最高，且實測單點能效要比參數計算出的更好，故而對選做點進行實測已經成了趨勢，也能充分體現各自空調產品的特性。

所以至關重要的，就是對于各個測試點開展準確的測試，同時也要真實體現空調機給到用戶各方面的性能。標準中也有明確的要求的（如風量相關），但由于多聯機系統復雜，除室外機的變頻壓縮機的頻率要針對房間負荷進行調節，此外，其他調節更為復雜，除壓縮機頻率外的可變因素更多（如內機電子膨脹閥，外機主電子膨脹閥，外機過冷卻電子膨脹閥，噴射閥，回油閥等）

故建議在APF試驗時把握并保證機器以下幾個方面，要和出廠相關設定，以及實際運轉保持一致：

1）風量方面，在GB中都有相應規定，只要嚴格執行并確認即可，室內機風量在GB中已明確，室內機風機轉速按照名義冷量試驗時風機轉速進行試驗；室外機風量標準也規定，若室外機風量可調，則按照制造商說明書規定的風量進行試驗；若室外機風量不可調，則按照名義風速檔位進行試驗；

2）目標蒸發溫度（制冷時）和冷凝溫度（制熱時），標準中對于各個多聯空調機系統各個室內、外機冷媒狀態等其他方面都沒詳細的明示，而這兩個參數也會影響系統性能，故在測試時，先要明確空調室外機在不同容量調節下的出廠蒸發或冷凝溫度的設定值，并以這個值去開展實測的試驗并記錄。

3）目標過冷度和過熱度，同樣也是影響性能最主要參數之一，若沒調整好，會出現相同能力下功率上升的情況；如針對制冷，室內蒸發器過熱度的值太高會導致制冷能力不好，太低會導致室內蒸發器不完全容易濕壓縮，故關于過冷或過熱一般多聯室內機在設計時會優化，并都會有設定相應的目標值；而室外機的主要電子膨脹閥的控制，也是受到制熱運轉時蒸發器出口過熱度的影響而調節，以充分利用室外機熱交換器；此外一些室外機會設計過冷卻回路，以此提升室外機熱交的利用率，而過冷卻電子膨脹閥的控制也受到過冷卻蒸發側的氣管過熱度影響，以充分利用過冷熱交換器。所以，在測試時，先要明確多聯機室內和室外機空調出廠過冷或過熱度的設定值，包含過冷卻回路相關目標值，并以這個設定值去開展實測的試驗并記錄。

4）保護控制方面，多聯系統中，特別是室外機里會有很多保護的設定，也要在測試期間同實際運轉方式，同出廠方式一致，目前一些保護邏輯都是雙重保護，除了硬件的物理保護外，還會在軟件邏輯中設定二重保護，所以不能為了測試值一時的好壞而改變其軟件中保護邏輯控制，如壓縮機吐出溫度限值，噴射回路開啟條件，高低壓限值等。上述幾方面的調整，都會出現在相同能力下功率上升的情況，從而產生能耗上升但能效也上升的奇怪現象。

3 結論

最后總結下，進行多聯機空調（熱泵）機組APF測試期間，若針對空調機組的特性選做相關試驗，空調機的運行狀態應按照對應制冷，制熱運轉狀態相一致，其中包括壓縮機轉速；室內、室外風機轉速；目標蒸發、冷暖溫度；目標過冷度、過熱度。既然我們選擇測試點更多的APF替代IPLV進行多聯機能效的表征，應該更為精準的的體現多聯機空調機全年的性能，更加貼合實際，符合用戶場景，不能出現測試和出廠給到用戶是不同的參數設定，反而影響了我們對用戶負責的初衷。