多联式空调机组APF影响因素的研究

肖 彪，何 林，舒 宏，张 威，范建波

1 前言

采用全年性能系数（APF）评价房间空调器的实际使用能效，不仅综合考虑了产品使用场合的建筑物冷、热负荷特性以及热源侧工况变化对产品运行效率的影响，而且还可以规范厂家盲目的增加室内机台数来增加换热面积以及加大风量来追求较高能效的试验数据，是空调产品性能评价的发展方向［1］。

多联式房间空调器国家标准GB/T 18837-2015也采用APF作为其性能评价指标，业内对其研究也有了一些成果［2］，但目前对多联式空调器7个测试点的参数对APF计算结果影响的分析存在不足。王硕渊等对国标中的APF与日本APF进行的对比表明同一台空调器参数采用日本APF算法得出的值更高，其原因在于日本标准中规定的全年季节各温度发生时间长度不同导致了该差异［3］。戚文端等采用拟合公式对家用空调器中APF算法进行简化计算，分析了各个测试点能效对于APF的影响比重［4］，但多联式空调器由于其低温制热能力和能效均会影响APF值，单纯采用线性拟合的方式并不适用。谭成斌等对制冷和制热的参数变化时对APF的影响进行的试验研究给出了APF随各能力及其功率的波动趋势［5］，但并未给出其对APF影响的相对大小。另外，业内对压缩机等的零部件对 APF 的影响也有不少研究［6～9］，但研究结果仅可用于产品设计阶段提高APF。因此，有必要采用试验测试和算法分析的方式,对各试验工况点实测能力、能效对APF的影响进行研究，分析对APF影响较大的工况及影响原因。在对APF的影响因素的理论分析基础上，选取变频多联机组样品进行程序改进，验证提高实测APF值的效果。

2 试验样品和APF影响因素确定

2.1 试验样品基本参数和试验方法确定

本文采用一款名义制冷量为16.0kW的多联式热泵空调机组，压缩机采用名义工作容积为42.8 mL的变频式转子压缩机，其室内风机和室外风机为直流风机，转速可调节。试验设备采用焓差法试验台进行测试，测试方法完全按照GB/T 18837-2015中的名义制冷量大于7.1 kW的机组计算APF时所需的制冷3个点和制热4个点进行测试，形成表1中的基本数据，计算APF结果为4.452 kW·h/kW·h。

表1 试验样品测试基本参数

2.2 影响APF计算的参数确定

根据APF计算公式，建筑物的制冷和制热负荷仅与机组宣称名义制冷能力有关，不随实际测试结果而变动。季节能耗由各个温度点下的能效通过线性内插法和外推法分段进行间接计算得出。因此，影响APF的因素可归为能力值影响计算能效的4个独立因素和能力值不影响能效计算的3组非独立因素两类。

名义制冷点的能力和能效中由于能力的实测值与建筑负荷有关，不影响APF值，能效单独影响APF值，因此名义制冷能效为独立因素。同样中间制冷能效、名义制热能效、中间制热能效3个参数也为独立因素。最小制冷点、最小制热点、低温制热点的3组数据中，最小制冷点和最小制热点由于能力和能效会同时影响到其他温度点能效的计算，因此为非独立因素。另外，由于机组低温下能力无法满足房间热负荷需求时APF算法中将默认由电辅热来满足房间热负荷，该算法导致季节能耗大幅增加，因此，低温制热点也是影响APF的一组非独立影响因素。

3 影响因素分析

3.1 独立因素对APF的影响

图1给出了以表1的样品测试参数作为计算基准点，APF随4个独立因素各自按照百分比变化的趋势［2］。该图显示，在基准点上将该4个参数中任何一个参数改变一定比例后均能够同向的改变APF值，按照影响程度由大到小排序分别为中间制冷能效、中间制热能效、名义制冷能效、名义制热能效。

图1 4个独立因素变化时对APF的影响

对于4个独立影响因素，可进行相似的原因分析，中间制冷能效对APF的影响最大的原因分析如下：（1）根据APF的算法，中间点能效EERmh（tc）=5.11 W/W影响了从最小制冷温度Td（26.13 ℃）到名义制冷温度Tb（34.54 ℃）之间的共9个温度点的能效值，每一个温度点下的发生时间大，平均值为69.11 h；而名义制热能效在提升时对APF影响最小的原因也相同，其能效影响的温度区间段较短，仅-1，0，1，2，3 ℃共5个温度点，每个温度点的年度发生时间较短，平均为45.8 h，因此能效提高相同比例的情况下对APF影响较小。

因此，所在温度区间、区间各点温度发生时间的大小为4个独立因素影响APF排序的原因，直接提高各点基础能效能够直接提高APF值。

3.2 非独立影响因素最小工况点对APF的影响

图2给出了GB/T18837-2015中制冷和制热季节各个温度的发生标准时间和样品经计算得到的各温度点下的运行能效曲线（制冷能效、制热能效按照GB/T18837-2015中表B.1、B.2和B.3的标准工况测试后经计算为不同室外环境温度下的能效，APF为计算后的全年季节）。该曲线显示，机组制冷能效曲线在26 ℃附近存在拐点，对应为最小制冷能力与房间冷负荷相等的平衡温度点Td（26.13 ℃），在高于该温度点时机组能够连续运行，随着温度的升高能效降低。在低于该温度点时由于机组的最小能力超过了房间冷负荷需求导致机组断续运行，降低了能效，断续运行出现的频率越高其能效降低效果越大，因此出现了随着温度的降低，更频繁地断续运行导致的能效降低越严重。同样，最小制热能力的拐点为6 ℃，对应为最小制热能力与房间负荷平衡的温度点Tr（6.21 ℃）。

图2 制冷和制热季节各个温度的发生时间和样品经计算得到的各温度点运行能效曲线

由于在GB/T 18837-2015中对机组的最小制冷和最小制热能力并无下限值要求，经计算，在最低温度制冷（22 ℃）和最高温度制热（12 ℃）时房间能力需求占机组宣称名义制冷能力的7.14%和5.38%，因此在设计时将机组最小制冷能力和最小制热能力输出分别小于这两个值时能够避免因断续运行导致的能效降低。

3.3 非独立影响因素低温制热工况点对APF的影响

低温制热能力与能效的关系及对APF的影响如图3所示。从图可知，提高低温制热能力会导致其能效降低，而提高能效也会导致能力的降低，二者将同时影响APF值；在该低温制热测试点，随着能力的增加其能效降低，而APF却提升，因此其能力比能效对APF的影响更为显著，但其斜率存在一个转折点（能力为11536 W对应能效为2.92 W/W），在实测低温制热能力低于该转折点时随着能力的提高（对应能效降低）APF提升较快，而实测低温制热能力高于该点时，随着低温制热能力的提高APF提升缓慢。存在该转折点的原因为APF算法中对低温制热实测能力与计算得到的低温制热能力的判断，而计算得到的低温制热能力为名义制热实测值的0.778倍，与名义制热实测值大小无关。因此，在产品开发过程中应至少将低温制热能力提高到名义制热实测值的0.778倍以上，并尽量的提高低温制热能效，以此提高APF。

图3 低温制热能力与能效的关系及共同对APF的影响

4 样品逻辑优化及对比

根据以上分析，在不改变产品硬件配置的情况下，通过优化机组零部件运行状态的逻辑可以分别提高4个独立因素和3组非独立因素。对于4个独立影响因素，由于厂家在设计过程中已进行了较好的优化，本文不再重复优化。针对非独立因素，可以通过技术调节手段对化霜等过程进行优化从而提升APF。表2给出了样品的3组非独立影响因素经调整优化前后对比，并计算调整后的APF值。经计算本文中的样品经优化调节后能效达到4.673 kW·h/（kW·h），相比于原有的4.452 kW·h/（kW·h）有了较大提高。

表2 试验样品非独立因素优化前后参数对比

5 结论

（1）按照对APF影响情况，可分为4个独立影响因素中间制冷能效、中间制热能效、名义制冷能效、名义制热能效和3组非独立影响因素最小制冷、最小制热、低温制热的能力和能效。其中独立影响因素对APF的影响从大到小分别为中间制冷能效、中间制热能效、名义制冷能效、名义制热能效。

（2）非独立影响因素中，最小制冷和最小制热由于机组断续运行导致的能效降低严重，在产品设计过程中应尽可能的降低最低能力输出，在最小制冷时降低为名义制冷能力的7.14%和最小制热时降低为名义制冷能力的5.38%可避免机组断续运行导致的能效降低。

（3）非独立影响因素中，低温制热工况的能力比能效对APF的影响更大，当能力和能效共同作用于APF时以能力影响为主，但其影响效果存在一个0.778倍实测名义制热能力的转折点，在产品开发过程中可将低温制热能力提高到该转折点之上，并尽量的提高能效，以此提高APF。另外，通过优化机组压缩机等的运行状态可以大幅的提高APF值。

［1］ 钟瑜，张秀平.GB/T18837—2015《多联式空调(热泵)机组》关键要素解读［J］.制冷与空调，2016（3）：64-67.

［2］ GB/T 18837-2015多联式空调(热泵)机组［S］.

［3］ 王硕渊.中国与日本APF标准的差异［J］.家电科技，2013（9）：38-40.

［4］ 戚文端，李金波.变频空调能效评价标准及APF对比研究［C］.第十届全国电冰箱（柜）、空调器及机压缩机学术交流大会论文集，2011：56-59.

［5］ 谭成斌，陈焕新.房间空气调节器季节能效比的优化方法研究［J］.家电科技，2015（3）:26-27.

［6］ 秦存涛，祁影霞，胡祥江，等.关于提高家用空调能效APF的试验研究［C］.2014年中国家用电器技术大会论文集，2014：183-188.

［7］ 张海锋，吴建华，厉彦忠.转速可控型房间空调器用压缩机能效评价方法研究及应用［J］.制冷学报，2013（1）：57-64.

［8］ 刘佳莉，黄翔，韩正林，等.干燥工况下新型复合式露点间接蒸发冷却空调机组的试验研究［J］.流体机械，2015，43（3）：52-57.

［9］ 宫天泽，郑学利，赵宇开.变频压缩机综合效率系数的研究与应用［J］.节能技术，2015（5）：435-438.