空调设备季节能效评价浅析

王胜利

(珠海格力电器股份有限公司，广东珠海 519070)

引言

空调系统作为建筑节能的主要内容，其研究目前较多集中于设计节能和单个设备的运行节能。然而在实际运行过程中，系统能效的影响因素较多且相互关联，单凭设计能效很难准确做出节能潜力的分析判断。本文提出了定频空调、变频空调季节能效测试方法以及影响空调器季节能效的因素，阐明采用季节能效指标评价空调设备能效已成为国际发展趋势，且我国空调设备的能效评价体系已从点评价逐渐向季节能效评价方向转化，为空调设备能效评价提供了有益的思路。

1 评价现状

如表1所示，我国定频和变频空调能效评价指标分别为EER和SEER。

依据GB12021.3-2010，定频空调能效等级分成三个等级，1 级能效最高，产品类型分为整体式和分体式，具体见表2。

变频空调的能效等级，根据GB21455-2013《转速可控型房间空气调节器能效限定值及能效等级》分为3个等级，产品类型分为单冷和热泵型，具体情况见表3、表4。

表1 我国的评价现状

产品类别定频空调变频空调试验标准GB/T7725-2004GB/T7725-2004能效标准GB12021.3-2010GB 21455-2013评价指标EERSEER测试方法单点测试两点测试

表2 定频空调的能效等级

类型额定制冷量(CC)单位:W能效等级123整体式/3.303.102.90分体式CC ≤45003.603.403.204500

表3 变频空调的能效等级(单冷)

类型额定制冷量(CC)单位:W制冷季节能源消耗效率/[(W·h)/(W·h)]能效等级1级2级3级分体式4500≤ CC5.405.004.304500

表4 变频空调的能效等级(热泵)

类型额定制冷量(CC)单位:W制冷季节能源消耗效率/[(W·h)/(W·h)]能效等级1级2级3级分体式CC≤ 45004.504.003.504500

2 空调器季节能效测试方法

我国空调器季节能效的测试方法是根据GB/T 7725-2004《房间空气调节器》附录E规定的，该规定参考了日本标准 JRA 4046-1999。

2.1 定频空调季节能效测试方法

如图1所示，定频空调的季节制冷SEER测试方法通过额定制冷点的测试，计算出低温点的数据，按线性插值得到空调随室外温度变化的能效曲线。当需要的制冷负荷低于空调额定冷量时，考虑空调断续运行效率低于连续运行，引入参数PLF。

图1 SEER测试图

计算公式：

(1)

(2)

(3)

部分负荷率

PLF(tj)=1-CD(1-X(tj))

(4)

(5)

效率降低系数CD=0.25

(6)

如图2所示，定频空调的季节制热HSPF测试方法通过额定制热点与低温制热点的测试数据，按线性插值得到随室外温度变化的能效曲线。能效曲线的确定要考虑结霜温度区域对能效的影响，当需要的制热负荷低于空调额定热量时，考虑空调断续运行的效率低于连续运行，引入参数PLF。

房间空气调节器的能效指标实测值应符合GB 12021.3标准的要求,在试制阶段，实测EER应不低于GB 12021.3对应能效等级指标下限值加0.07 W/W；在生产阶段，实测EER应不低于GB 12021.3对应能效等级指标下限值加0.05 W/W。

2.2 变频空调季节能效测试方法

变频空调节能原理如图3所示，中间能力点的EER/COP高，中间能力点的设计能效的大小对SEER计算结果的影响大于额定能力点，压缩机运行频率(或转速)范围宽，特别是具有较低的最小运行频率。

图2 定频制热HSPF曲线

图3 变频空调器节能原理

定频空调的季节能效测试方法，主要是获取特性工况点的试验数据，确定建筑负荷与特征频率下的制冷/制热能力线得出各能力线与建筑负荷线的交点温度，确定空调在不同环境温度范围的运行状态，通过计算交点的能效值，得到EER/COP曲线，分段进行季节耗电量与季节制冷/制热量的计算。

计算公式：

(7)

(8)

(9)

按照GB 21455-2013标准的产品的能效要求，按如上方法进行试验，并按照GB 21455-2013标准附录A中规定的“制冷和制热季节运行时室外环境各温度发生时间”和GB/T 7725新版标准附录E中规定的计算方法对其实测值进行空调器季节能源消耗效率(SEER、HSPF、APF)的计算。

图4 变频空调器SEER曲线图

图5 变频空调HSPF的试验曲线图

图6 变频空调COP的试验曲线图

3 影响季节能效因素分析

3.1 制冷/制热季节各温度发生时间

全年内各温度发生时间是根据空调器使用区域内的气候条件，参考历史气象数据，并进行统计调查制定的。对季节能效计算结果产生影响的不是不同温度下运行时间的长短，而是不同温度的运行时间占全部时间的权重。

根据不同温度分布曲线下，SEER计算值的比较试验，如图7所示。分布A：中国标准中的制冷季节温度发生时间；分布B：分布A中低温区(24～29℃)时间增加20%，高温区(30～38℃)时间减少20%；分布C：分布A中的低温区时间减少20%，高温区时间增加20%或5h(取较高值)。

图7 不同温度分布曲线

在制冷季节，当变频空调在高温区运行的时间相对于低温区越长，加权平均温度会随之升高，其SEER会越低。

3.2 建筑物负荷线的确定

建筑物的负荷主要是通过房屋的结构、大小、朝向、房间的热源、气象条件以及人体发热等因素来确定。为了便于计算，建筑物负荷与室外环境温度简化为成线性关系，即由零负荷点与设计负荷点确定的直线为建筑物负荷线。

图8 制冷建筑负荷线

设计负荷温度点上空调的制冷能力相对于建筑物制冷负荷的余量对SEER的计算结果基本没有影响。理论上设计负荷温度点选取的越低，SEER计算结果就会越高，但实际相差很小。

3.3 效率降低系数CD

部分负荷率(PLF)是指在同一温湿度条件下，空调器进行断续运行时的能效与连续运行时的能效之比，该参数越高，表示空调器断续运行时的效率越高。效率降低系数(CD)是空调器因断续运行而发生效率降低的系数，确定效率降低系数的低湿制冷试验与断续制冷试验进行起来比较复杂，试验周期较长，且不易测准。

计算公式：

(10)

PLF(tj)=1-CD(1-X(tj))

(11)

变频空调应用两点法试验与计算出的SEER值通常会比三点法的值略高，并且对于制冷能力越大的空调，SEER值的偏差会越大。

4 能效评价的发展方向和结论

空调系统季节能效、综合运行能效评价方法更接近产品的实际应用状况，综合考虑产品使用场合的建筑物冷、热负荷特性、热源侧工况变化对产品运行效率的影响，可以有效指导空调系统的节能运行调控，也能为既有建筑的节能改造提供科学依据，是空调制冷产品能效评价的发展方向。

[1] 转速可控型房间空气调节器能效限定值及能效等级 GB21445-2013[S]：155066.1-47359

[2] 房间空气调节器能效限定值及能效等级 GB 12021.3-2010 ICS 27.010[S]

[3] 房间空气调节器 ICS 91.140.30[S]

[4] 王祎，王随林，王清勤，等.国外绿色建筑中通风空调评价的分析[J].低温建筑技术，2010，(2)：115-116，125

[5] 白雪莲，杨文辉.空调系统综合运行能效评价方法及其应用[J].建筑科学，2010，(12)：49-52

[6] 张明圣.主要制冷空调产品季节能效源效率评价方法标准的分析[J].制冷与空调，2009，(2):20-24