北美單速空調(diào)器SEER測(cè)試方法及研究

鄧本崢

( 廣州天河蘭石技術(shù)開(kāi)發(fā)有限公司，廣東廣州 510640 )

北美單速空調(diào)器SEER測(cè)試方法及研究

鄧本崢

( 廣州天河蘭石技術(shù)開(kāi)發(fā)有限公司，廣東廣州 510640 )

根據(jù)美國(guó)AHRI標(biāo)準(zhǔn)210/240，對(duì)房間單速空調(diào)器季節(jié)能效比(SEER)的評(píng)估要進(jìn)行4個(gè)測(cè)試工況入手，分析測(cè)試過(guò)程中的方法以及要點(diǎn)對(duì)得出SEER的結(jié)果的影響,并通過(guò)實(shí)驗(yàn)研究去驗(yàn)證，最后利用開(kāi)發(fā)的軟件導(dǎo)入實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)并計(jì)算Cd系數(shù)和SEER。

定速空調(diào)器；AHRI210/240；季節(jié)能效比SEER；測(cè)量；計(jì)算。

0 引言

美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)協(xié)會(huì)最早于1997年首先提出空調(diào)制冷季節(jié)能效比SEER(Seasonal Energy Efficiency Ratio)的概念，并將其作為衡量制冷效率的標(biāo)準(zhǔn)?？照{(diào)器在實(shí)際的運(yùn)行過(guò)程中，室外的溫度、濕度狀況是不斷變化的，滿足額定工況的時(shí)間很少，大部分時(shí)間都是偏離額定工況的，而且空調(diào)器會(huì)隨室外溫度、房間的負(fù)載的變化而不斷的開(kāi)停,功耗很不穩(wěn)定,所以在全年使用的季節(jié)里，用EER并不能代表季節(jié)性能源消耗的情況，也不能代表空調(diào)器實(shí)際使用時(shí)對(duì)輸入電功率的有效利用程度。美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)AHRI 210/240中，單速空調(diào)器季節(jié)能效比的評(píng)估要進(jìn)行A、B、C、D這4個(gè)工況的測(cè)試，如何在實(shí)驗(yàn)中把這4個(gè)工況做的更好，得出較為準(zhǔn)確的SEER值，是實(shí)驗(yàn)室測(cè)試研究人員的一大挑戰(zhàn)。

1 測(cè)試工況要求

根據(jù)AHRI 210/240標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)于安裝有單速壓縮機(jī)、恒速室內(nèi)風(fēng)機(jī)和恒定空氣體積率室內(nèi)風(fēng)機(jī)的空調(diào)器SEER的評(píng)估需要完成4個(gè)測(cè)試工況[1]，如表1所示。其中A、B工況為必測(cè)工況，用于測(cè)試機(jī)組在制冷滿負(fù)荷情況下的制冷能力和消耗功率。而C、D工況為可選工況，用于測(cè)試機(jī)組在滿負(fù)荷運(yùn)行情況下的衰減系數(shù)Cd值，若不進(jìn)行測(cè)試，則Cd值默認(rèn)等于0.25。測(cè)試后，將各個(gè)工況的測(cè)試所得的制冷能力、消耗功率、Cd值代入一系列的計(jì)算公式即可計(jì)算出SEER值。

表1 AHRI210/240定速空調(diào)器制冷能力能效測(cè)試工況

測(cè)試描述進(jìn)入室內(nèi)機(jī)空氣溫度干球(℃)濕球(℃)進(jìn)入室外機(jī)空氣溫度干球(℃)濕球(℃)制冷空氣體積率A工況—必要(穩(wěn)定、濕盤(pán)管)267194350239制冷滿負(fù)荷B工況—必要(穩(wěn)定、濕盤(pán)管)267194278183制冷滿負(fù)荷C工況—可選(穩(wěn)定、干盤(pán)管)267<139278—制冷滿負(fù)荷D工況—可選(周期、干盤(pán)管)267<139278—?

*注：在周期運(yùn)行開(kāi)啟期間保持空氣噴嘴壓差值或速度壓力和C工況測(cè)定相同

2 SEER測(cè)量

A、B這兩個(gè)常規(guī)穩(wěn)態(tài)工況在本文就不作詳細(xì)介紹，測(cè)試SEER的重點(diǎn)和難點(diǎn)，在于C、D工況的穩(wěn)定和相關(guān)技術(shù)參數(shù)的測(cè)量。北美焓差實(shí)驗(yàn)室的測(cè)試原理圖如圖1所示。為了達(dá)到C工況濕球溫度低于13.9℃的干燥要求，我們采用在室內(nèi)側(cè)安裝除濕機(jī)，同時(shí)室內(nèi)側(cè)工況機(jī)的循環(huán)風(fēng)機(jī)可調(diào)低速，并且蒸發(fā)器被遮擋部分過(guò)風(fēng)面積，這樣就能快速穩(wěn)定C工況，做到普通焓差實(shí)驗(yàn)室無(wú)法達(dá)到的效果。

2.1 測(cè)試方法和流程

如表1[1]所示，C工況是干盤(pán)管穩(wěn)態(tài)工況，室內(nèi)側(cè)是一個(gè)比較干燥的工況，相對(duì)濕度要求低于21.7%，對(duì)于北美焓差實(shí)驗(yàn)室來(lái)說(shuō)，如何才能做到如此干燥的一個(gè)工況，不單單只是考核系統(tǒng)設(shè)計(jì)是否達(dá)標(biāo)，而且在實(shí)驗(yàn)中，也考核測(cè)試人員采用什么樣的實(shí)驗(yàn)方法，才能讓工況在較快的時(shí)間內(nèi)達(dá)到干球26.7℃、濕球13.9℃以下的干工況，然后穩(wěn)定運(yùn)行，務(wù)必達(dá)到ANSI/AHRI STANDARD 210/240-2008中Table7所要求的判穩(wěn)條件[1]。

D工況是干盤(pán)管斷續(xù)工況測(cè)試，要求被試機(jī)先停止24分鐘，然后運(yùn)行6分鐘，這樣30分鐘為一個(gè)周期，連續(xù)運(yùn)行3個(gè)周期，標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定其中第一、二個(gè)周期是用來(lái)確定工況的，第三個(gè)周期用于計(jì)算。實(shí)際設(shè)計(jì)上，我們會(huì)運(yùn)行5個(gè)周期，第一、二個(gè)周期用于確定工況，后三個(gè)周期取EERcyc的平均值來(lái)進(jìn)行CD值的計(jì)算，這樣實(shí)際測(cè)試效果更好。

2.1.1 C、D工況的測(cè)試流程

圖2中，A、B、C、D、E各字母代表階段意義如下：

A)運(yùn)行試驗(yàn)室達(dá)到C工況；

B)工況穩(wěn)定后，保持壓縮機(jī)、排風(fēng)機(jī)、室外風(fēng)機(jī)開(kāi)啟，并穩(wěn)定運(yùn)行60min；

C)如果試驗(yàn)工況參數(shù)在標(biāo)準(zhǔn)Table7要求范圍內(nèi)，則采集C工況試驗(yàn)數(shù)據(jù)(30min)；

D)繼續(xù)運(yùn)行30min,確保軟件采集了D工況所需的C工況數(shù)據(jù)：噴嘴處比容，噴嘴處比熱，含濕量，噴嘴壓差,同時(shí)根據(jù)被試機(jī)冷量和功率確認(rèn)D工況的模擬負(fù)載加熱功率。

E)按先停機(jī)24min，后開(kāi)機(jī)6min為一個(gè)周期的模式進(jìn)行2個(gè)D工況預(yù)循環(huán)，然后再進(jìn)行3個(gè)循環(huán)的D工況正式測(cè)試。

2.1.2 C、D工況測(cè)試實(shí)例

以室內(nèi)機(jī)不自帶風(fēng)機(jī)的機(jī)型為例，被測(cè)空調(diào)器內(nèi)機(jī)出風(fēng)口連接到靜壓箱的出風(fēng)口以及進(jìn)風(fēng)口連接到輔助進(jìn)風(fēng)箱的這兩個(gè)風(fēng)道的安裝，必須符合美標(biāo)ANSI/ASHRAE Standard 37-2009中的要求[2]。

圖1 實(shí)驗(yàn)室測(cè)試原理圖

圖2 北美焓差空調(diào)測(cè)試中C、D工況測(cè)試流程

表2 D工況被測(cè)空調(diào)器開(kāi)停狀態(tài)表

標(biāo)號(hào)壓縮機(jī)狀態(tài)內(nèi)風(fēng)機(jī)狀態(tài)外風(fēng)機(jī)狀態(tài)時(shí)間占比(min)1OFFOFFOFF232ONONON63OFFONOFF1

注：標(biāo)號(hào)與圖2中數(shù)字代號(hào)相對(duì)應(yīng)

圖3 C工況穩(wěn)定后的數(shù)據(jù)采集記錄曲線圖

圖4 D工況穩(wěn)定后的數(shù)據(jù)采集記錄曲線圖

圖5 熱電偶格柵堆和鉑電阻溫度對(duì)比圖

運(yùn)行系統(tǒng)和被測(cè)空調(diào)器并穩(wěn)定C工況，軟件采集C工況數(shù)據(jù)，如圖3所示，濕球溫度穩(wěn)定在13.8℃，已經(jīng)滿足AHRI210/240中濕球溫度需小于13.9℃的要求，此時(shí)軟件可采集后35min的數(shù)據(jù)并保存。

軟件采集完C工況數(shù)據(jù)后，切換工況到D工況，并在軟件界面點(diǎn)擊開(kāi)始按鈕，進(jìn)行D工況測(cè)試，完成D工況測(cè)試后，軟件采集曲線數(shù)據(jù)如圖4,為被測(cè)空調(diào)器運(yùn)行5個(gè)開(kāi)停周期的工況曲線。

2.2 影響測(cè)試結(jié)果的幾個(gè)因素

(1)熱電偶格柵

斷續(xù)工況、化霜工況必須使用出風(fēng)熱電偶格柵；任何時(shí)候都可以使用進(jìn)風(fēng)熱電偶格柵替代鉑電阻，但是由于熱電偶格柵反應(yīng)比較靈敏，需要慎用。但是進(jìn)風(fēng)使用格柵的優(yōu)點(diǎn)是斷續(xù)的進(jìn)出風(fēng)溫差會(huì)比較同步；應(yīng)該使用24G的熱電偶，直徑應(yīng)該是0.511mm。熱電偶采取并聯(lián)形式測(cè)量平均溫度，不能采取串聯(lián)的形式，因?yàn)榇?lián)接線方式會(huì)有累積誤差，根據(jù)實(shí)驗(yàn)測(cè)試，17點(diǎn)累積誤差達(dá)到1K左右，所以熱電偶格柵都采用并聯(lián)接線方式為最佳。圖5為熱電偶堆和鉑電阻的數(shù)據(jù)記錄曲線變化狀態(tài)。其中標(biāo)號(hào)為T(mén)C開(kāi)頭的是熱電偶堆，其他則為鉑電阻，從曲線圖中可以明顯看出來(lái)熱電偶堆的數(shù)據(jù)變化更為靈敏，更真實(shí)的反映了被測(cè)機(jī)的進(jìn)、出風(fēng)溫度的狀態(tài)。

(2)模擬負(fù)載加熱

在D工況中，模擬負(fù)載應(yīng)該手動(dòng)輸出，因?yàn)榧偃缬肞ID自動(dòng)控制，會(huì)在前期出現(xiàn)約1min 100%輸出的情況，這樣會(huì)導(dǎo)致工況超標(biāo)。室內(nèi)目標(biāo)值應(yīng)該是“能力-排風(fēng)機(jī)功率”，室外應(yīng)該是“能力+壓縮機(jī)功率”。在斷續(xù)時(shí)直接控制接觸器開(kāi)停即可。

提前投入的時(shí)間可以通過(guò)觀察被試機(jī)開(kāi)停瞬間的溫度波動(dòng)來(lái)確定。如果開(kāi)機(jī)時(shí)，室內(nèi)溫度下降，則加熱提前投入。如果溫度上升，則減少提前量。

如果停機(jī)溫度上升，則增加加熱提前關(guān)閉的時(shí)間，如果停機(jī)前就溫度下降，則延后加熱關(guān)閉時(shí)間。

(3)引風(fēng)機(jī)、風(fēng)閥延時(shí)開(kāi)閉控制

引風(fēng)機(jī)延時(shí)和風(fēng)閥開(kāi)閉的要求并不是對(duì)所有機(jī)型都適用的，需要根據(jù)被試機(jī)的不同情況來(lái)確定[1],例如：

D工況周期測(cè)試中，被試機(jī)為不自帶風(fēng)機(jī)的風(fēng)道機(jī)，停止周期時(shí)，風(fēng)量測(cè)量系統(tǒng)的風(fēng)閥需要自動(dòng)控制關(guān)閉，引風(fēng)機(jī)不延時(shí)關(guān)閉；運(yùn)行周期，引風(fēng)機(jī)需要早于被試機(jī)運(yùn)行，同時(shí)，引風(fēng)機(jī)變頻器的啟動(dòng)時(shí)間如設(shè)置成20或更大值，對(duì)于D工況這個(gè)時(shí)間太長(zhǎng)了，改為5秒為佳，否則引風(fēng)機(jī)升速太慢，還沒(méi)達(dá)到C工況的風(fēng)量前，被試機(jī)已經(jīng)運(yùn)行起來(lái)了，而采集到的出風(fēng)干濕球還是停止周期階段的數(shù)值，不是被試機(jī)制冷后的實(shí)際溫度，這樣就會(huì)對(duì)測(cè)試結(jié)果造成不必要的偏差，計(jì)算結(jié)果也會(huì)出現(xiàn)偏差。

被試機(jī)為自帶風(fēng)機(jī)的風(fēng)管機(jī)，停止周期時(shí)，風(fēng)量測(cè)量系統(tǒng)的風(fēng)閥需要自動(dòng)控制關(guān)閉，但引風(fēng)機(jī)需要延時(shí)關(guān)閉，因?yàn)楸辉嚈C(jī)在得到停止指令進(jìn)入停止周期前，內(nèi)風(fēng)機(jī)還會(huì)持續(xù)運(yùn)行約幾十秒的。

(4)電能累積時(shí)間和能力累積時(shí)間

能力的累積時(shí)間只是風(fēng)機(jī)開(kāi)啟的這段時(shí)間，其他時(shí)間算0；軟件上應(yīng)該注意，對(duì)于不帶風(fēng)機(jī)的被試機(jī)，累積能力采集風(fēng)機(jī)開(kāi)啟的這段時(shí)間的同時(shí)，還要減去模擬風(fēng)機(jī)在這6min的所耗費(fèi)的電能；同時(shí)，被試機(jī)的累積耗電量=電量表直接采集的被試機(jī)累積耗電量+模擬風(fēng)機(jī)的耗電量[1]。

電能的累積時(shí)間則是整個(gè)循環(huán)周期的時(shí)間，這里包括停機(jī)24min階段的被試機(jī)電路板耗電；標(biāo)準(zhǔn)中要求在被試機(jī)壓縮機(jī)開(kāi)停時(shí)切換電能表量程以維持始終有0.5的精度。

(5)不帶風(fēng)機(jī)類(lèi)型被試機(jī)的冷量調(diào)整和功率

調(diào)整對(duì)于不帶風(fēng)機(jī)的機(jī)組，測(cè)量出來(lái)的制冷量和功率要根據(jù)測(cè)量風(fēng)量進(jìn)行調(diào)整，EER采用調(diào)整后的冷量和功率來(lái)計(jì)算，報(bào)告中為“總冷量”和“總功率”。穩(wěn)定工況下：

總冷量=實(shí)測(cè)冷量-風(fēng)機(jī)能力

總功率=功率+風(fēng)機(jī)能力

輔側(cè)的冷量也做同樣調(diào)整：

總冷量=實(shí)測(cè)冷量

總功率=實(shí)測(cè)功率

輔側(cè)，比如冷媒側(cè)：

冷媒側(cè)總冷量=冷媒流量*冷媒焓差*(1-含油率%)

冷媒側(cè)凈能力=冷媒側(cè)總冷量±風(fēng)機(jī)能力(制熱+，制冷-)

斷續(xù)工況下，先將冷量積分出來(lái)，然后根據(jù)風(fēng)機(jī)開(kāi)啟的時(shí)間將風(fēng)機(jī)能力積分出來(lái)，再根據(jù)穩(wěn)定工況下的方法進(jìn)行調(diào)整。

對(duì)于內(nèi)機(jī)不自帶風(fēng)機(jī)類(lèi)型機(jī)，風(fēng)機(jī)功率的計(jì)算應(yīng)滿足下面的公式[1]。

其中，V為平均測(cè)量的以標(biāo)準(zhǔn)立方英尺/分鐘為單位表述的室內(nèi)空氣體積率。

即每1000CFM標(biāo)準(zhǔn)風(fēng)量算365W。

(6)靜壓箱里的取樣風(fēng)機(jī)開(kāi)停

通常，靜壓箱里的取樣風(fēng)機(jī)是跟引風(fēng)機(jī)聯(lián)動(dòng)的，在D工況測(cè)試時(shí)，如果被試機(jī)停機(jī)了，排風(fēng)機(jī)會(huì)關(guān)閉，那么取樣風(fēng)機(jī)也停止了，這造成出風(fēng)鉑電阻取樣嚴(yán)重滯后。雖然此時(shí)只采用熱電堆計(jì)算，這個(gè)問(wèn)題對(duì)測(cè)試結(jié)果不會(huì)有影響，但是在對(duì)比熱電偶堆和出風(fēng)鉑電阻的曲線記錄會(huì)發(fā)現(xiàn)，溫度的變化趨勢(shì)不一致，這是不合理的。所以，北美焓差試驗(yàn)室的設(shè)計(jì)，靜壓箱內(nèi)的取樣風(fēng)機(jī)應(yīng)該要后于引風(fēng)機(jī)而停止。

(7)斷續(xù)工況中的電壓波動(dòng)

根據(jù)觀察實(shí)驗(yàn)知道，由于被試機(jī)在斷續(xù)工況開(kāi)停過(guò)程中的電流變化，穩(wěn)壓電源到被試機(jī)供電箱之間的線損會(huì)不一樣，會(huì)出現(xiàn)開(kāi)機(jī)時(shí)被試機(jī)電壓低，電流很大，停機(jī)時(shí)電壓高的情況，這樣電壓波動(dòng)就超出標(biāo)準(zhǔn)中的工況穩(wěn)定允差。為保證開(kāi)停機(jī)的電壓不變，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該增加一個(gè)動(dòng)態(tài)的電壓控制方法，即用一個(gè)PID控制儀實(shí)時(shí)監(jiān)控被試機(jī)箱電壓，并始終控制該電壓為額定電壓。如果開(kāi)停時(shí)，自動(dòng)將電壓調(diào)整到位。這個(gè)需要電源有相應(yīng)的信號(hào)輸入，這也要求了穩(wěn)壓電源在選型方面需要著重注意。

3 SEER計(jì)算

3.1 計(jì)算公式

SEER是指一臺(tái)空調(diào)器在其正常的制冷使用周期內(nèi)(不超過(guò)12個(gè)月)的總制冷量(Btu)與同一周期中的總輸入電能(Wh)的比值。

即

其中：

SEER考慮了空調(diào)在不同環(huán)境溫度下的運(yùn)行時(shí)間、制冷量和能耗，計(jì)算方法接近實(shí)際，與EER相比，SEER更能合理地描述空調(diào)器的運(yùn)行性能。

3.2 軟件計(jì)算功能的應(yīng)用

用我司開(kāi)發(fā)的軟件，當(dāng)做完A、B、C、D四個(gè)工況測(cè)試后，即可把數(shù)據(jù)自動(dòng)導(dǎo)入并獲得SEER和Cd系數(shù)的計(jì)算結(jié)果，如圖6；點(diǎn)擊下一步即可得出如圖7所示的計(jì)算結(jié)果，然后可點(diǎn)擊生成報(bào)告得出如表3。

圖7 用軟件得出的SEER計(jì)算結(jié)果

表3 SEER英文報(bào)表數(shù)據(jù)

EERTestB1334AVERAGECD00350PLF(05)0982SEER13107CapacityTestA532723AirFlow-Eva14710

4 結(jié)論

(1)合理的測(cè)試流程和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)脑囼?yàn)方法，才能做好C工況和D工況的測(cè)試，才能得出較為準(zhǔn)確的測(cè)試報(bào)告數(shù)據(jù)。

(2)提出了在使用焓差實(shí)驗(yàn)室中進(jìn)行SEER測(cè)試時(shí)候要注意的測(cè)試要點(diǎn)，推廣SEER的測(cè)試方法以供借鑒。

(3)介紹了單速壓縮機(jī)空調(diào)器的SEER計(jì)算方法以及我司開(kāi)發(fā)的快接計(jì)算工具。

(4)用實(shí)際測(cè)試經(jīng)驗(yàn)來(lái)解讀ANSI/AHRI Standard 210/240中的測(cè)試要求。

[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

鄧本崢，(1987-)，男，從事制冷實(shí)驗(yàn)室工作。E-mail：denbenzheng@gzlans.com

ISSN1005-9180(2017)04-018-07

TM925.12文獻(xiàn)標(biāo)示碼A

10.3969/J.ISSN.1005-9180.2017.04.004