变频空调器能效的试验验证与优化分析

杨新国 刘 健

（广东TCL智能暖通设备有限公司 中山 528427）

引言

空调能效标准作为产品节能控制的有效手段，已被各国普遍采用，但因地理经济水平等客观因素导致各国能效标准水平不一而足[1]，我国空调与热泵的能效标准，风冷从单一工况的制冷能效比 EE R或性能系数 COP，发展到 SEE R 和供热季节性能系数 HSPF；水冷从单一工况 COP，发展到综合部分负荷系数 IPLV[2]。2020年空调能效新国标GB 21455-2019《房间空气调节器能效限定值及能效等级》已正式实施，首次将变频空调和定频空调的能效标准统一起来,整体提升空调的能效入门标准[3]。

而海外市场也于2020年7月1日发布Portaria 234-2020，对Portaria 7-2011和Portaria 643-2012规定的空调能效标识计划中的合格评定要求进行改进，对于分体式空调器：2022年12月31日起，巴西国内制造商必须确保制造或进口的产品必须满足表新能效等级要求[4]，2023年6月30日起，在巴西市场上所有销售的产品必须满足新能效等级要求[4]，2024年6月30日起，在巴西市场上分销或贸易活动中的产品必须满足新能效等级要求[4]，能效标准的逐步提升对节约能源和减少环境污染起到重要作用[5]。

本文将通过试验验证不同测试方法及不同参数对机组综合能效的实际影响，用于后续海外市场同类产品开发参考。

1 测试介绍

我国房间空调器APF测试时，主要测试四个工况点，额定工况点，中间点，最小点，低温点，综合计算最终的能效值进行能效等级的判定；巴西市场前期是单点能效的测试进行能效考核，现针对定变频机组均已提出新能效测定的方法，后续采用新能效标准进行考核，下文主要介绍变频机组能效测试方法。

如表1所示为巴西市场新能效测试所对应的测试工况，其中Test1和Test2为必测点，Test1能力要求达到标称能力的92 %以上，Test2能力要求到达标称能力的45～55 %，Test3为选测点，其能力要求达到标称能力的45～55 %。

表1 测试工况

巴西新能效IDRS计算参照ISO 16358-1进行，29 ℃低温中间负荷点根据实际测试情况，选择对应的计算方式即可。

2 实验验证

本文以顶出风外机搭配座吊内机为测试研究对象，系统原理图如图1所示，采用冷媒散热方式，散热板前后均设置电子膨胀阀，机组制冷/热的时候分别采用电子膨胀阀1、2进行节流，而散热板前的电子膨胀阀在对应模式下固定开度不变，避免控制板出现凝露现象，以此更好的保证机组的可靠运行，实现制冷制热的最优效果。

图1 冷媒散热系统原理图

2.1 试验设置

测试样机配置，如表2所示。

表2 试验样机配置

选用6 p焓差式控制实验台，用于提供实验所需的室内工况和室外工况，控制精度干球为±0.3 ℃，湿球±0.2 ℃。利用温度传感器采集室内/外侧的温度，精度为±0.1 ℃，数据的记录间隔为5 s。

2.2 测试方案

空调机组运行过程中，对能力能效产生影响的参数较多（包含不同计算方法），分析认为不同参数对能力能效的影响呈抛物线趋势，系统匹配的最佳效果就是各参数均处在最高拐点的附近，保证综合能效的最优化。

本文重点验证如下因素的影响：

1）计算方法：对比两点法和三点法（加入选测测试点）对综合能效的影响；

2）对比外机直流电机转速对单负荷点能力能效的影响；

3）对比交直流电机方案对综合能效的影响。

测试评价依据实际测试的能力能效进行对比分析，每项测试只针对一个测试参数改变调整，为保证试验的准确性，对不同批次机组相同参数设置下的测试效果也进行了相关试验验证。

3 试验结果及分析

3.1 计算方法的对比分析

不同的计算方法对综合能效的计算结果有较大的影响，由图2可知，采用三点法计算，即加入29 ℃中间负荷选测点，在保证其余两个负荷点数据一致的情况下，随35 ℃中间负荷点单点能效的提升，综合能效计算值反而呈现逐步下降的趋势。

图2 EER对IDRS的影响

而采用两点法计算，在保证35 ℃额定负荷点一致的情况下，由图3可知，此时随35 ℃中间负荷点单点能效的提升，综合能效计算值呈现逐步增大的趋势，中间负荷点的加入综合能效相比额定点单点能效有较大的提升效果。

图3 EER对IDRS的影响

对比两点法和三点法的测试效果，在35 ℃中间负荷点取较高能效时（对两点法计算有增加趋势，对三点法计算有减小趋势），由表3可知，此时三点法计算综合能效相比两点法提升了12.9 % ；而当35 ℃中间负荷点取较低能效时（对两点法计算有减小趋势，对三点法计算有增加趋势），由表3可知，此时三点法计算综合能效相比两点法提升了46.3% ；三点法计算中间负荷点取较低能效有利，两点法计算中间负荷点取较高能效值有利，两种计算方法均取最优值，三点法较两点法提升23.4% 。

表3 不同计算方法比较

对于内销产品，单点能力能效对APF的影响都是正相关关系，而巴西能效三点法的计算方式则出现35 ℃中间负荷点能效与综合能效呈负相关的关系，因此针对此类产品，测试时该中间负荷点要取能力高能效低的点，在满足能力要求的基础上（45～55 %），压缩机尽可能选择较大的运行频率；确定压缩机运行频率后，调节其它可控参数，尽可能提升能力降低能效则综合能效最优。

3.2 交直流电机方案的对比分析

搭配座吊内机采用交流电机，通过三点法计算综合能效，主要对比外机直流电机转速变化对三个负荷点能力能效的影响；在相应的负荷点，固定压缩机频率和阀开度，内电机高风档，外电机转速手动调节，由图4可知，在35 ℃额定点和中间点，随转速提升，能力都呈现先增后减的趋势，29 ℃中间点，随转速提升，能力基本无变化；电机转速改变，外侧冷凝器换热效果发生变化，转速的逐步提升，不同负荷工况下对应不同的转速点会有一个极限点，达到能力最优，此时外机转速继续提升，对能力影响不大。

图4 直流电机转速变化对能力的影响

由图5可知，在35 ℃额定点，随转速提升能效呈现先增后减的变化趋势，而35 ℃中间点、29 ℃中间点均随转速提升能效均承逐步下降的趋势；转速提升，机组能力提升量低于同比功率的提升量，因此能效基本都是稳中有降的趋势。

图5 直流电机转速变化对能效的影响

对比交直流电机同压缩机频率、风档、开度、外电机转速（转速850 r/min）下，如表4所示，直流电机方案各负荷点能力能效较交流电机方案均有所提升，调节转速可提升该负荷点的能力能效；综合能效提升16.2%。

表4 交直流电机方案对比

4 结论

本文在一定条件下，利用参数控制法，对出口巴西顶出风变频空调系统的综合能效进行验证分析，对比了不同计算方法、直流电机转速、交直流电机方案等因素对综合能效的影响，得到如下结论：

1）采用三点法计算综合能效更有利，调节可控参数保证35 ℃中间负荷点能力高能效低，其余两个负荷点能力能效调为最优则综合能效计算值最优；

2）直流电机方案在额定点能力能效随转速提升会有一个高的抛物线拐点，而中间点随转速下降能效有明显的增高趋势，满足能力要求的前提下，对29 ℃中间点外电机转速可调至最低转速；对35 ℃中间点外电机转速可调至最高转速；

3）直流电机方案较交流电机方案对IDRS有明显提升，需结合开发成本综合考究。

影响变频空调器能力能效的因素较多，且不同参数之间有一定的相关性，确保综合能效达到最优是需要进一步努力研究的方向。