北美单速空调器SEER测试方法及研究

邓本峥

( 广州天河兰石技术开发有限公司，广东广州 510640 )

北美单速空调器SEER测试方法及研究

邓本峥

( 广州天河兰石技术开发有限公司，广东广州 510640 )

根据美国AHRI标准210/240，对房间单速空调器季节能效比(SEER)的评估要进行4个测试工况入手，分析测试过程中的方法以及要点对得出SEER的结果的影响,并通过实验研究去验证，最后利用开发的软件导入实验数据并计算Cd系数和SEER。

定速空调器；AHRI210/240；季节能效比SEER；测量；计算。

0 引言

美国国家标准与技术协会最早于1997年首先提出空调制冷季节能效比SEER(Seasonal Energy Efficiency Ratio)的概念，并将其作为衡量制冷效率的标准。空调器在实际的运行过程中，室外的温度、湿度状况是不断变化的，满足额定工况的时间很少，大部分时间都是偏离额定工况的，而且空调器会随室外温度、房间的负载的变化而不断的开停,功耗很不稳定,所以在全年使用的季节里，用EER并不能代表季节性能源消耗的情况，也不能代表空调器实际使用时对输入电功率的有效利用程度。美国标准AHRI 210/240中，单速空调器季节能效比的评估要进行A、B、C、D这4个工况的测试，如何在实验中把这4个工况做的更好，得出较为准确的SEER值，是实验室测试研究人员的一大挑战。

1 测试工况要求

根据AHRI 210/240标准，对于安装有单速压缩机、恒速室内风机和恒定空气体积率室内风机的空调器SEER的评估需要完成4个测试工况[1]，如表1所示。其中A、B工况为必测工况，用于测试机组在制冷满负荷情况下的制冷能力和消耗功率。而C、D工况为可选工况，用于测试机组在满负荷运行情况下的衰减系数Cd值，若不进行测试，则Cd值默认等于0.25。测试后，将各个工况的测试所得的制冷能力、消耗功率、Cd值代入一系列的计算公式即可计算出SEER值。

表1 AHRI210/240定速空调器制冷能力能效测试工况

测试描述进入室内机空气温度干球(℃)湿球(℃)进入室外机空气温度干球(℃)湿球(℃)制冷空气体积率A工况—必要(稳定、湿盘管)267194350239制冷满负荷B工况—必要(稳定、湿盘管)267194278183制冷满负荷C工况—可选(稳定、干盘管)267<139278—制冷满负荷D工况—可选(周期、干盘管)267<139278—∗

*注：在周期运行开启期间保持空气喷嘴压差值或速度压力和C工况测定相同

2 SEER测量

A、B这两个常规稳态工况在本文就不作详细介绍，测试SEER的重点和难点，在于C、D工况的稳定和相关技术参数的测量。北美焓差实验室的测试原理图如图1所示。为了达到C工况湿球温度低于13.9℃的干燥要求，我们采用在室内侧安装除湿机，同时室内侧工况机的循环风机可调低速，并且蒸发器被遮挡部分过风面积，这样就能快速稳定C工况，做到普通焓差实验室无法达到的效果。

2.1 测试方法和流程

如表1[1]所示，C工况是干盘管稳态工况，室内侧是一个比较干燥的工况，相对湿度要求低于21.7%，对于北美焓差实验室来说，如何才能做到如此干燥的一个工况，不单单只是考核系统设计是否达标，而且在实验中，也考核测试人员采用什么样的实验方法，才能让工况在较快的时间内达到干球26.7℃、湿球13.9℃以下的干工况，然后稳定运行，务必达到ANSI/AHRI STANDARD 210/240-2008中Table7所要求的判稳条件[1]。

D工况是干盘管断续工况测试，要求被试机先停止24分钟，然后运行6分钟，这样30分钟为一个周期，连续运行3个周期，标准规定其中第一、二个周期是用来确定工况的，第三个周期用于计算。实际设计上，我们会运行5个周期，第一、二个周期用于确定工况，后三个周期取EERcyc的平均值来进行CD值的计算，这样实际测试效果更好。

2.1.1 C、D工况的测试流程

图2中，A、B、C、D、E各字母代表阶段意义如下：

A)运行试验室达到C工况；

B)工况稳定后，保持压缩机、排风机、室外风机开启，并稳定运行60min；

C)如果试验工况参数在标准Table7要求范围内，则采集C工况试验数据(30min)；

D)继续运行30min,确保软件采集了D工况所需的C工况数据：喷嘴处比容，喷嘴处比热，含湿量，喷嘴压差,同时根据被试机冷量和功率确认D工况的模拟负载加热功率。

E)按先停机24min，后开机6min为一个周期的模式进行2个D工况预循环，然后再进行3个循环的D工况正式测试。

2.1.2 C、D工况测试实例

以室内机不自带风机的机型为例，被测空调器内机出风口连接到静压箱的出风口以及进风口连接到辅助进风箱的这两个风道的安装，必须符合美标ANSI/ASHRAE Standard 37-2009中的要求[2]。

图1 实验室测试原理图

图2 北美焓差空调测试中C、D工况测试流程

表2 D工况被测空调器开停状态表

标号压缩机状态内风机状态外风机状态时间占比(min)1OFFOFFOFF232ONONON63OFFONOFF1

注：标号与图2中数字代号相对应

图3 C工况稳定后的数据采集记录曲线图

图4 D工况稳定后的数据采集记录曲线图

图5 热电偶格栅堆和铂电阻温度对比图

运行系统和被测空调器并稳定C工况，软件采集C工况数据，如图3所示，湿球温度稳定在13.8℃，已经满足AHRI210/240中湿球温度需小于13.9℃的要求，此时软件可采集后35min的数据并保存。

软件采集完C工况数据后，切换工况到D工况，并在软件界面点击开始按钮，进行D工况测试，完成D工况测试后，软件采集曲线数据如图4,为被测空调器运行5个开停周期的工况曲线。

2.2 影响测试结果的几个因素

(1)热电偶格栅

断续工况、化霜工况必须使用出风热电偶格栅；任何时候都可以使用进风热电偶格栅替代铂电阻，但是由于热电偶格栅反应比较灵敏，需要慎用。但是进风使用格栅的优点是断续的进出风温差会比较同步；应该使用24G的热电偶，直径应该是0.511mm。热电偶采取并联形式测量平均温度，不能采取串联的形式，因为串联接线方式会有累积误差，根据实验测试，17点累积误差达到1K左右，所以热电偶格栅都采用并联接线方式为最佳。图5为热电偶堆和铂电阻的数据记录曲线变化状态。其中标号为TC开头的是热电偶堆，其他则为铂电阻，从曲线图中可以明显看出来热电偶堆的数据变化更为灵敏，更真实的反映了被测机的进、出风温度的状态。

(2)模拟负载加热

在D工况中，模拟负载应该手动输出，因为假如用PID自动控制，会在前期出现约1min 100%输出的情况，这样会导致工况超标。室内目标值应该是“能力-排风机功率”，室外应该是“能力+压缩机功率”。在断续时直接控制接触器开停即可。

提前投入的时间可以通过观察被试机开停瞬间的温度波动来确定。如果开机时，室内温度下降，则加热提前投入。如果温度上升，则减少提前量。

如果停机温度上升，则增加加热提前关闭的时间，如果停机前就温度下降，则延后加热关闭时间。

(3)引风机、风阀延时开闭控制

引风机延时和风阀开闭的要求并不是对所有机型都适用的，需要根据被试机的不同情况来确定[1],例如：

D工况周期测试中，被试机为不自带风机的风道机，停止周期时，风量测量系统的风阀需要自动控制关闭，引风机不延时关闭；运行周期，引风机需要早于被试机运行，同时，引风机变频器的启动时间如设置成20或更大值，对于D工况这个时间太长了，改为5秒为佳，否则引风机升速太慢，还没达到C工况的风量前，被试机已经运行起来了，而采集到的出风干湿球还是停止周期阶段的数值，不是被试机制冷后的实际温度，这样就会对测试结果造成不必要的偏差，计算结果也会出现偏差。

被试机为自带风机的风管机，停止周期时，风量测量系统的风阀需要自动控制关闭，但引风机需要延时关闭，因为被试机在得到停止指令进入停止周期前，内风机还会持续运行约几十秒的。

(4)电能累积时间和能力累积时间

能力的累积时间只是风机开启的这段时间，其他时间算0；软件上应该注意，对于不带风机的被试机，累积能力采集风机开启的这段时间的同时，还要减去模拟风机在这6min的所耗费的电能；同时，被试机的累积耗电量=电量表直接采集的被试机累积耗电量+模拟风机的耗电量[1]。

电能的累积时间则是整个循环周期的时间，这里包括停机24min阶段的被试机电路板耗电；标准中要求在被试机压缩机开停时切换电能表量程以维持始终有0.5的精度。

(5)不带风机类型被试机的冷量调整和功率

调整对于不带风机的机组，测量出来的制冷量和功率要根据测量风量进行调整，EER采用调整后的冷量和功率来计算，报告中为“总冷量”和“总功率”。稳定工况下：

总冷量=实测冷量-风机能力

总功率=功率+风机能力

辅侧的冷量也做同样调整：

总冷量=实测冷量

总功率=实测功率

辅侧，比如冷媒侧：

冷媒侧总冷量=冷媒流量*冷媒焓差*(1-含油率%)

冷媒侧净能力=冷媒侧总冷量±风机能力(制热+，制冷-)

断续工况下，先将冷量积分出来，然后根据风机开启的时间将风机能力积分出来，再根据稳定工况下的方法进行调整。

对于内机不自带风机类型机，风机功率的计算应满足下面的公式[1]。

其中，V为平均测量的以标准立方英尺/分钟为单位表述的室内空气体积率。

即每1000CFM标准风量算365W。

(6)静压箱里的取样风机开停

通常，静压箱里的取样风机是跟引风机联动的，在D工况测试时，如果被试机停机了，排风机会关闭，那么取样风机也停止了，这造成出风铂电阻取样严重滞后。虽然此时只采用热电堆计算，这个问题对测试结果不会有影响，但是在对比热电偶堆和出风铂电阻的曲线记录会发现，温度的变化趋势不一致，这是不合理的。所以，北美焓差试验室的设计，静压箱内的取样风机应该要后于引风机而停止。

(7)断续工况中的电压波动

根据观察实验知道，由于被试机在断续工况开停过程中的电流变化，稳压电源到被试机供电箱之间的线损会不一样，会出现开机时被试机电压低，电流很大，停机时电压高的情况，这样电压波动就超出标准中的工况稳定允差。为保证开停机的电压不变，设计时应该增加一个动态的电压控制方法，即用一个PID控制仪实时监控被试机箱电压，并始终控制该电压为额定电压。如果开停时，自动将电压调整到位。这个需要电源有相应的信号输入，这也要求了稳压电源在选型方面需要着重注意。

3 SEER计算

3.1 计算公式

SEER是指一台空调器在其正常的制冷使用周期内(不超过12个月)的总制冷量(Btu)与同一周期中的总输入电能(Wh)的比值。

即

其中：

SEER考虑了空调在不同环境温度下的运行时间、制冷量和能耗，计算方法接近实际，与EER相比，SEER更能合理地描述空调器的运行性能。

3.2 软件计算功能的应用

用我司开发的软件，当做完A、B、C、D四个工况测试后，即可把数据自动导入并获得SEER和Cd系数的计算结果，如图6；点击下一步即可得出如图7所示的计算结果，然后可点击生成报告得出如表3。

图7 用软件得出的SEER计算结果

表3 SEER英文报表数据

EERTestB1334AVERAGECD00350PLF(05)0982SEER13107CapacityTestA532723AirFlow-Eva14710

4 结论

(1)合理的测试流程和严谨的试验方法，才能做好C工况和D工况的测试，才能得出较为准确的测试报告数据。

(2)提出了在使用焓差实验室中进行SEER测试时候要注意的测试要点，推广SEER的测试方法以供借鉴。

(3)介绍了单速压缩机空调器的SEER计算方法以及我司开发的快接计算工具。

(4)用实际测试经验来解读ANSI/AHRI Standard 210/240中的测试要求。

[1] ANSI/AHRI Standard 210/240-2008,Performance Rating of Unitary Air-Conditioning & Air-Source Heat Pump Equipment

[2] ANSI/ASHRAE Standard 37-2009,Methods of Testing for Rating Electrically Driven Unitary Air-Conditioning and Heat Pump Equipment

[3]ANSI/ASHRAE 116-1995,Methods of Testing for seasonal efficiency of unitary air conditioners and heat pums.

TestMethodandResearchonSEERofNorthAmericanforaSingle-SpeedAirConditioner

DENG Benzheng

( Gz-lans Experimental Technology Co.,Ltd,Guangdong,Guangzhou,510640 )

According to the US AHRI standard 210/240,the evaluation of the seasonal energy efficiency ratio(SEER)of the single-speed air conditioner is carried out by four test cases to analyze the impact of the test method and the key points on the results of the SEER Experimental study to verify,and finally the use of developed software to import experimental data and calculate the Cd coefficient and SEER.

Constant Speed Air Conditioner；AHRI210/240；SEER；Measurement；Calculation。

2017-6-12

邓本峥，(1987-)，男，从事制冷实验室工作。E-mail：denbenzheng@gzlans.com

ISSN1005-9180(2017)04-018-07

TM925.12文献标示码A

10.3969/J.ISSN.1005-9180.2017.04.004