两档变容定速压缩机提升空调器SEER实验研究

廖四清 区永东 曾令华 卢耀汕

广东美芝制冷设备有限公司 广东佛山 528000

1 引言

随着全球各国对空调器的能效要求提高，空调器的能效评价也从单点能效（EER）评价转向多点季节能效评价（CSPF/SEER、HSPF、APF）；目前已有中国、日本、印度、欧盟、美国等国家或地区实施了按SEER评价空调器能效，也均有各自的SEER标准，其测试计算方法理念与ISO 16358-1/2/3[1-3]基本一致。印度以单冷空调器为主，2018年开始，不管定速还是变频空调器，均按印度SEER进行评价。

目前有关定速变容提升SEER的相关研究相对较少。徐嘉等[4]对容量可变型转子压缩机的发展状况进行了综述，列出了现有变容技术的各种方案；饶荣水等[5]研究了变容涡旋压缩机对美国空调器的性能影响；高立博[6]针对美国市场从空调器系统匹配角度研究了过冷度、风量、衰减系数对SEER的影响，孙钊等[7]针对冬季需要采暖地区使用变容变转速空调器对SEER的影响。各文献并未有研究变容定速空调器对SEER的具体影响。

本文以印度市场为例，首先按印度气候及年运行时间，根据ISO标准，在设定条件下概略计算常规一档能力空调器与两档变容定速空调器的SEER，以预估两档变容相对常规定速空调器SEER的提升幅度；然后进行了两档变容定速压缩机试作、搭载家用空调器进行SEER性能测试。

我国已实施GB 21455-2019[8]《房间空气调节器能效限定值及能效等级》，统一了定速与变频空调器的能效评价方法。按现行标准GB/T 7725-2004《房间空气调节器》[9]的空调器分类定义，容量可控型房间空气调节器（variable capacity room air conditioner）定义为：压缩机转速不变，其有效容积发生3级以上变化的空调器；因此目前2～3档能力空调器无明确的归类。

2 空调器SEER测试计算方法简述与概算

2.1 印度空调器SEER测试方法

根据印度标准[10]中规定的印度室外气温与发生时间分布（见表1），以及ISO标准[2]中的方法，编制计算一档能力空调器（常规定速空调）与两档变容定速空调器SEER的Excel表格（具体略）；并制定测试工况条件（见表2）。一档能力空调器仅测试额定制冷工况，两档变容定速空调器按ISO标准要求，需测试工况有：全能力额定制冷、全能力低温制冷、最小能力低温制冷，本文简称三点法；另外一种测试方法，其测试工况为：全能力额定制冷、最小能力额定制冷，本文简称两点法。

表1 印度室外温度与发生时间分布

表2 印度常规定速（一档定能力）空调器与两档变容定速空调器测试项目及工况

2.2 印度空调器SEER的概算

在定速空调器中，当空调器所能提供的冷量超过建筑所需冷量时，压缩机将会以频繁启停的方式运行；在压缩机的每次启停中，蒸发器及冷凝器的制冷剂将达到平衡，造成能量的损失，且全能力运行能效低于最小能力能效，导致空调器运行总体能效较低。

在两档变容定速空调器中，压缩机具有全能力及最小能力两档能力，使得空调器拥有两档制冷能力。当建筑负荷较大时，空调器全能力运行；当建筑负荷大于空调器最小能力，小于空调器全能力时，空调器在最小能力与全能力间切换运行；只有在建筑负荷小于空调器的最小制冷能力时，才会停止压缩机，从而达到节能的效果。

为了比较常规定速空调器及两档变容定速空调器在印度SEER能效计算中的差异，计算中，设定空调器全能力下制冷量Q全=5200 W，能效比EER全=3.5；最小能力时制冷量Qmin=2600W，最小能力EERmin=3.5、3.85、4.2、4.55（即相对于EER全有0%、10%、20%、30%的提升）；SEER计算结果如表3、表4（Q全：全能力下制冷量，EER全：全能力下EER；Qmin：最小能力下制冷量，EERmin：最小能力下EER）。

表3的计算结果显示，即使最小能力模式时EERmin与全能力模式时EER全相等，两档变容定速空调器相较于传统定速空调器SEER也有约6.5%的提升，并且最小能力模式能效越高，提升幅度越大。

表3 最小能力模式不同能效的影响（两点法）

同时为了比较最小能力模式时最小能力大小对SEER的影响，进行了计算，在表4的计算中，设定EER全=3.2，EERmin=3.52（相较于EER全提升10%），最小能力为全能力的40%、50%、60%、70%；计算结果显示，最小能力越小，SEER提升越大，但对SEER提升幅度影响并不大（2%以内）。因此在兼顾电机效率后，将使用缸比1:1的双缸变容压缩机进行实验测试。

表4 最小能力模式不同排量的影响

3 实验验证

3.1 压缩机设计制作

本文设计试作了一款使用R410A制冷剂的双缸转子两档变容定速压缩机，上下两个气缸的排量均为10 cc，总排量为20 cc，其压缩泵体的下气缸设计为可卸载气缸。压缩机下气缸的滑片腔为密封状态，一侧通滑片，一侧通变容压力控制管（如图1、图3所示），通过压力控制下气缸的滑片工作与否，从而控制下气缸是否工作，达到改变压缩机工作排量的目的。在全能力模式下气缸滑片腔接高压，下气缸的滑片正常工作，此时上下两气缸均正常运行（如图2A所示）；在最小能力模式时下气缸滑片腔接低压，下气缸的滑片退出压缩腔，下气缸处于卸载不工作状态，此时仅上气缸工作，压缩机工作排量降低（如图2B所示）。在压缩机试作完成后进行单体测试，其全能力模式下的压缩机制冷量、能效比与常规非变容转子压缩机相比，处于相当水平，表明此试作两档变容定速压缩机性能无异常。

图1 变容压缩机外观

图2 变容压缩机变容缸原理

图3 变容控制原理

3.2 空调器实验设计

为了方便比较，本文使用同一个两档变容定速压缩机在空调器中进行性能对比，在两档变容定速压缩机全能力工作时，此时空调器看作常规定速即一档能力空调器，且以此测试结果进行计算，得出一档能力（常规）定速空调器SEER，然后再使用同一压缩机进行最小能力测试并得出两档变容定速空调器的SEER。具体的实验测试环境工况如表2，空调器配置如表5。

表5 空调器配置参数

3.3 搭载两档变容定速压缩机的空调器测试

本文使用焓差实验室对空调器的性能进行测试。采用毛细管节流（电子膨胀阀固定开度代行），额定制冷工况下EERmin相较于EER全可提升4.6%；采用电子膨胀阀节流，额定制冷工况下EERmin相较于EER全可提升10%。根据空调器各工况的测试数据（表6～表7），可计算出空调器的SEER，结果如表8所示。相较于常规定速空调器，按印度气候与年运行时间，根据ISO标准计算两档变容SEER，使用1根毛细管节流，SEER可提升9%（两点法），采用三点法时，SEER可提升近14%。如使用电子膨胀阀，将各测试点调整至最佳开度，两点法SEER可提升11.7%，三点法可提升14.8%。也即采用三点法比两点法SEER可提升约3%～5%

表6 各工况搭载两档变容定速压缩机空调器测试结果（毛细管节流）

表7 各工况搭载两档变容定速压缩机空调器测试结果（电子膨胀阀节流）

表8 搭载两档变容定速压缩机空调器SEER对比

4 结论

根据两档变容定速压缩机计算结果，及其在空调器上应用实际测试，结果表明：两档变容定速空调器在毛细管节流时SEER可提升9%～14%，使用电子膨胀阀节流时SEER可提升11%～15%；两档变容定速空调器性能测试时三点法比两点法，SEER约提高3%～5%。