欧盟风机能效探讨

2019-07-17陈露露万行沛杜丽燕

日用电器 2019年6期

陈露露万行沛杜丽燕

（珠海格力电器股份有限公司珠海 519070）

引言

欧盟有公布能源相关产品生态设计指令2009/125/EC，即ErP指令。而基于ErP指令2009/125/EC，关于风机能效方面的要求，欧盟颁布法规No 327/2011，要求输入功率在125 W～500 kW的电机驱动的风机必须满足规定的风机目标效率和能效等级。本文就欧盟风机能效要求和计算方法方面进行分析，以供设计和检测参考开发，避免出口欧盟抽测不合格等。

1 法规No 327/2011能效要求

风机是指一种通过旋转叶片能让气体持续流动的机器，但其通过叶片的每个单位质量做功不超过25 kJ/kg，同时，

——装配于风机中的电机在其最佳效率点驱动风叶旋转时功率介于125 W～500 kW之间；

——风叶类型为轴流风叶、离心风叶、贯流风叶和混流风叶。

——风机投放到市场销售或服务时，可以装配也可以不装配驱动电机。

法规No 327/2011描述电输入功率125 W～500 kW的电机所驱动的风机，包含ErP指令覆盖的整合至用于处理各种各样气体产品的风机在范围内。但是部分风机和整合至产品中的风机不在该法规范围，例如制冷量小于12 kW的空调中的风机不在范围内，其他不在范围的风机详见法规描述。

欧盟要求风机总效率不能低于图1目标效率，也可以理解为能效等级实测值不能低于图1能效等级值。

2 风机效率计算

2.1 风机类型和测试类别

根据风机类型、测试类别和最佳效率点处风机功率，划分不同的目标效率和能效等级，对应的计算公式也有所不同，如图1要求。因此，测试前必须正确选择符合测试风机的风机类型和测试类型，确保所选择的风机类型和测试类型符合自身风机的特性。如果选择错误，则有可能导致在市场抽测中出现不合格等现象。

法规No 327/2011定义了7种风机类型和4种测试类别。

风机类型如下：

1）轴流风机（Axial fan）；

2）前倾离心风机（Centrifugal forward curved fan）；

3）径向离心风机（Centrifugal radial bladed fan）；

4）后倾无蜗壳离心风机（Centrifugal backward curved fan without housing）；

5）后倾有蜗壳离心风机（Centrifugal backward curved fan with housing）；

6）混流风机（Mixed flow fan）；

7）横流风机（Cross flow fan）。

测试类型（Measurement category）如下：

1）测试类别A（Measurement category A）：自由进风且自由出风机组

2）测试类别B（Measurement category B）：自由进风且管道出风机组

3）测试类别C（Measurement category C）：管道进风且自由出风机组

图1 最低能效要求

4）测试类别D（Measurement category D）：管道进风且管道出风机组

2.2 风机总效率计算方法

风机效率，一般是指气体能量与电机输入功率之比。气体能量：由气体体积流率和风机前后压差相乘而得。此处压力，根据不同产品特性，选静压或全压。全压是静压与动压的总和。在计算过程中，选择使用静压还是全压的公式，是由测试类别所决定的。

2.2.1 处于最终装配状态的风机，应测量空气能量和风机在最佳效率点时的输入功率，风机总效率按照如下公式进行计算。

1）测试过程中，风机不包括变速驱动。计算总效率使用以下公式：

式中：

ηe代表风机总效率；

PU(S)是风机达到最佳效率点时通过风机的气体能量，此时对应的电机输入功率即为Pe。PU(S)通过下文2.2.3来计算。

2）测试过程中，风机包括变速驱动。计算总效率使用以下公式：

式中：

ηe代表风机总效率；

PU(S)也是通过下文2.2.3来计算，同样PU(S)对应的电机输入功率就是Ped。

Cc:负载补偿因数，分如下两种情况选择：

①电机含VSD（变速驱动），并且Ped大于等于5 kW，那么Cc 采用数值1.04。

②电机含VSD，并且Ped＜5 kW，那么采用公式：

2.2.2 不是最终装配状态的风机，总效率是在叶轮的最佳效率点时测量，按照如下公式进行计算。

ηe代表风机总效率；

ηr代表风机叶轮效率，ηr=PU(S)/Pa。此处PU(S)也是通过下文2.2.3来计算。而叶轮在最佳效率点对应的风机轴功率就是Pa。

ηm是 (EC)NO 640/2009文件中规定的电机名义效率。不在此范围的ηm计算公式如下：

①电机输入功率Pe大于等于750W时，

这里采用公式X=lg(Pe)。

②电机输入功率Pe＜小于750 W时，

此时，Pe应同时考虑风机最佳效率点和传输系统出现的损耗。

ηT：驱动装置效率，按照如下情况进行选择：

①属于直接驱动时，那么ηT采用数值1.0；

②传输系统属于低效率传动系统（Low-efficiency drive）时，分如下三种情况：

当Pa大于等于5 kW时，那么ηT采用数值0.96；

当Pa大于1 kW并且小于等于5 kW时，那么采用公式：

当P小于＜1 kW，ηT采用数值0.89。

③传输系统属于高效传动系统（High-efficiency drive）时，分如下三种情况：

当Pa大于等于5 kW时，那么ηT采用数值0.98；

当Pa大于1 kW并且小于等于5 kW时，那么采用公式ηT=0.01× Pa +0.93；

当P小于＜1 kW，ηT采用数值0.94。

Cm：部件匹配修正因数，通常Cm等于0.9。

Cc：负载修正因数，按照如下三种情况进行选择：

①电机不含VSD，那么Cc 采用数值1.0；

②电机含VSD，Ped大于等于5 kW，那么Cc 采用数值1.04；

③电机含VSD，Ped小于5 kW，那么采用公式：

2.2.3 风机气体能量Pu(s) (kW)根据供应商选择的测试类别代入下列公式计算：

风机的测试类别为A和C时，风机的静压气体能量：

风机的测试类别为B和D时，风机的气体能量：

其中，

KPs：静压气体能量的压缩系数，可以参考标准ISO 5801计算得出，一般压力低于2 000 Pa时，取KPs= 1；

Kp：全压气体能量的压缩系数，可以参考标准ISO 5801计算得出，一般压力低于2 000 Pa时，取Kp= 1；

q：进口风量；

Pf：风机全压；

PSf：风机静压。

2.3 风机目标效率计算方法

目标效率ηtarget是风机按照制造商指定风机类型下必须达到的法规要求的能效值(用百分数表达)。目标效率是通过效率公式计算而来的，公式中包含电输入功率Pe(d)和图1中规定的能效等级N。完整的功率范围包括两个公式：一个用于电输入功率在0.125～10 kW（包含10 kW）的风机，另一个是用于电输入功率在10～500 kW（包含500 kW）的风机。

不同的风机类型，目标效率的计算公式也不同。根据风机类型，有如下3种计算公式。

2.3.1 轴流风机、前倾离心风机和径向离心风机的目标效率计算公式如下：

1）功率范围：0.125 kW≤P≤10 kW，ηtarget=2.74·ln(P)-6.33+N

2）功率范围：10 kW＜P≤500 kW，ηtarget=0.78·ln(P)-1.88+N

2.3.2 后倾无蜗壳离心风机、后倾有蜗壳离心风机和混流风机的目标效率计算公式如下：

1）功率范围：0.125 kW≤P≤10 kW，ηtarget=4.56·ln(P)-10.5+N

2）功率范围：10 kW＜P≤500 kW，ηtarget=1.1·ln(P)-2.6+N

2.3.3 横流风机的目标能效值通过以下公式计算：

1）功率范围：0.125 kW≤P≤10 kW，ηtarget=1.14·ln(P)-2.6+N

2）功率范围：10 kW＜P≤500 kW，ηtarget=N

如上N的数值由表1决定。P是输入功率，单位为kW。

法规要求，风机总效率ηe必须大于等于目标效率ηtarget，或者是总效率。

2.4 以不含VSD变频驱动处于最终装配状态的测试类别为B的前倾离心风机为例

风机使用定频电机，电机的额定转速是1 450 rpm，测试过程需设定电机转速保持1 450 rpm，通过调节风机的全压来获得需要的基本参数。每一次调节全压测试稳定以后记录数据，共计10组测试数据，如表1。

风机是最终装配，不含VSD变速驱动，测试类别为B，计算风机总效率使用公式ηe=PU/Pe和PU=q×Pf×Kp，即ηe=q×Pf×Kp/Pe。注意，公式中q单位为m3/s，Pf单位为Pa，Pe单位为W，Kp= 1。从10组数据可得，最佳效率点风机总效率为43.47。计算能效等级实测值使用公式N=ηe-2.74·ln(P)+6.33，所以最佳效率点风机能效等级实测值为50.73。根据测试计算，能效等级实测值50.73大于图1规定值49，符合最低能效要求。

除了确认能效等级实测值，还可以通过计算目标效率确认风机效率是否大于目标效率。根据公式ηtarget=2.74·ln(P)-6.33+N，可得ηtarget=41.74。风机总效率43.47大于目标效率ηtarget，满足最低能效要求。