兩檔變?nèi)荻ㄋ賶嚎s機(jī)提升空調(diào)器SEER實(shí)驗(yàn)研究

廖四清 區(qū)永東 曾令華 盧耀汕

廣東美芝制冷設(shè)備有限公司 廣東佛山 528000

1 引言

隨著全球各國(guó)對(duì)空調(diào)器的能效要求提高，空調(diào)器的能效評(píng)價(jià)也從單點(diǎn)能效（EER）評(píng)價(jià)轉(zhuǎn)向多點(diǎn)季節(jié)能效評(píng)價(jià)（CSPF/SEER、HSPF、APF）；目前已有中國(guó)、日本、印度、歐盟、美國(guó)等國(guó)家或地區(qū)實(shí)施了按SEER評(píng)價(jià)空調(diào)器能效，也均有各自的SEER標(biāo)準(zhǔn)，其測(cè)試計(jì)算方法理念與ISO 16358-1/2/3[1-3]基本一致。印度以單冷空調(diào)器為主，2018年開(kāi)始，不管定速還是變頻空調(diào)器，均按印度SEER進(jìn)行評(píng)價(jià)。

目前有關(guān)定速變?nèi)萏嵘齋EER的相關(guān)研究相對(duì)較少。徐嘉等[4]對(duì)容量可變型轉(zhuǎn)子壓縮機(jī)的發(fā)展?fàn)顩r進(jìn)行了綜述，列出了現(xiàn)有變?nèi)菁夹g(shù)的各種方案；饒榮水等[5]研究了變?nèi)轀u旋壓縮機(jī)對(duì)美國(guó)空調(diào)器的性能影響；高立博[6]針對(duì)美國(guó)市場(chǎng)從空調(diào)器系統(tǒng)匹配角度研究了過(guò)冷度、風(fēng)量、衰減系數(shù)對(duì)SEER的影響，孫釗等[7]針對(duì)冬季需要采暖地區(qū)使用變?nèi)葑冝D(zhuǎn)速空調(diào)器對(duì)SEER的影響。各文獻(xiàn)并未有研究變?nèi)荻ㄋ倏照{(diào)器對(duì)SEER的具體影響。

本文以印度市場(chǎng)為例，首先按印度氣候及年運(yùn)行時(shí)間，根據(jù)ISO標(biāo)準(zhǔn)，在設(shè)定條件下概略計(jì)算常規(guī)一檔能力空調(diào)器與兩檔變?nèi)荻ㄋ倏照{(diào)器的SEER，以預(yù)估兩檔變?nèi)菹鄬?duì)常規(guī)定速空調(diào)器SEER的提升幅度；然后進(jìn)行了兩檔變?nèi)荻ㄋ賶嚎s機(jī)試作、搭載家用空調(diào)器進(jìn)行SEER性能測(cè)試。

我國(guó)已實(shí)施GB 21455-2019[8]《房間空氣調(diào)節(jié)器能效限定值及能效等級(jí)》，統(tǒng)一了定速與變頻空調(diào)器的能效評(píng)價(jià)方法。按現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)GB/T 7725-2004《房間空氣調(diào)節(jié)器》[9]的空調(diào)器分類定義，容量可控型房間空氣調(diào)節(jié)器（variable capacity room air conditioner）定義為：壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速不變，其有效容積發(fā)生3級(jí)以上變化的空調(diào)器；因此目前2～3檔能力空調(diào)器無(wú)明確的歸類。

2 空調(diào)器SEER測(cè)試計(jì)算方法簡(jiǎn)述與概算

2.1 印度空調(diào)器SEER測(cè)試方法

根據(jù)印度標(biāo)準(zhǔn)[10]中規(guī)定的印度室外氣溫與發(fā)生時(shí)間分布（見(jiàn)表1），以及ISO標(biāo)準(zhǔn)[2]中的方法，編制計(jì)算一檔能力空調(diào)器（常規(guī)定速空調(diào)）與兩檔變?nèi)荻ㄋ倏照{(diào)器SEER的Excel表格（具體略）；并制定測(cè)試工況條件（見(jiàn)表2）。一檔能力空調(diào)器僅測(cè)試額定制冷工況，兩檔變?nèi)荻ㄋ倏照{(diào)器按ISO標(biāo)準(zhǔn)要求，需測(cè)試工況有：全能力額定制冷、全能力低溫制冷、最小能力低溫制冷，本文簡(jiǎn)稱三點(diǎn)法；另外一種測(cè)試方法，其測(cè)試工況為：全能力額定制冷、最小能力額定制冷，本文簡(jiǎn)稱兩點(diǎn)法。

表1 印度室外溫度與發(fā)生時(shí)間分布

表2 印度常規(guī)定速（一檔定能力）空調(diào)器與兩檔變?nèi)荻ㄋ倏照{(diào)器測(cè)試項(xiàng)目及工況

2.2 印度空調(diào)器SEER的概算

在定速空調(diào)器中，當(dāng)空調(diào)器所能提供的冷量超過(guò)建筑所需冷量時(shí)，壓縮機(jī)將會(huì)以頻繁啟停的方式運(yùn)行；在壓縮機(jī)的每次啟停中，蒸發(fā)器及冷凝器的制冷劑將達(dá)到平衡，造成能量的損失，且全能力運(yùn)行能效低于最小能力能效，導(dǎo)致空調(diào)器運(yùn)行總體能效較低。

在兩檔變?nèi)荻ㄋ倏照{(diào)器中，壓縮機(jī)具有全能力及最小能力兩檔能力，使得空調(diào)器擁有兩檔制冷能力。當(dāng)建筑負(fù)荷較大時(shí)，空調(diào)器全能力運(yùn)行；當(dāng)建筑負(fù)荷大于空調(diào)器最小能力，小于空調(diào)器全能力時(shí)，空調(diào)器在最小能力與全能力間切換運(yùn)行；只有在建筑負(fù)荷小于空調(diào)器的最小制冷能力時(shí)，才會(huì)停止壓縮機(jī)，從而達(dá)到節(jié)能的效果。

為了比較常規(guī)定速空調(diào)器及兩檔變?nèi)荻ㄋ倏照{(diào)器在印度SEER能效計(jì)算中的差異，計(jì)算中，設(shè)定空調(diào)器全能力下制冷量Q全=5200 W，能效比EER全=3.5；最小能力時(shí)制冷量Qmin=2600W，最小能力EERmin=3.5、3.85、4.2、4.55（即相對(duì)于EER全有0%、10%、20%、30%的提升）；SEER計(jì)算結(jié)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的計(jì)算結(jié)果顯示，即使最小能力模式時(shí)EERmin與全能力模式時(shí)EER全相等，兩檔變?nèi)荻ㄋ倏照{(diào)器相較于傳統(tǒng)定速空調(diào)器SEER也有約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響（兩點(diǎn)法）

同時(shí)為了比較最小能力模式時(shí)最小能力大小對(duì)SEER的影響，進(jìn)行了計(jì)算，在表4的計(jì)算中，設(shè)定EER全=3.2，EERmin=3.52（相較于EER全提升10%），最小能力為全能力的40%、50%、60%、70%；計(jì)算結(jié)果顯示，最小能力越小，SEER提升越大，但對(duì)SEER提升幅度影響并不大（2%以內(nèi)）。因此在兼顧電機(jī)效率后，將使用缸比1:1的雙缸變?nèi)輭嚎s機(jī)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)測(cè)試。

表4 最小能力模式不同排量的影響

3 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

3.1 壓縮機(jī)設(shè)計(jì)制作

本文設(shè)計(jì)試作了一款使用R410A制冷劑的雙缸轉(zhuǎn)子兩檔變?nèi)荻ㄋ賶嚎s機(jī)，上下兩個(gè)氣缸的排量均為10 cc，總排量為20 cc，其壓縮泵體的下氣缸設(shè)計(jì)為可卸載氣缸。壓縮機(jī)下氣缸的滑片腔為密封狀態(tài)，一側(cè)通滑片，一側(cè)通變?nèi)輭毫刂乒埽ㄈ鐖D1、圖3所示），通過(guò)壓力控制下氣缸的滑片工作與否，從而控制下氣缸是否工作，達(dá)到改變壓縮機(jī)工作排量的目的。在全能力模式下氣缸滑片腔接高壓，下氣缸的滑片正常工作，此時(shí)上下兩氣缸均正常運(yùn)行（如圖2A所示）；在最小能力模式時(shí)下氣缸滑片腔接低壓，下氣缸的滑片退出壓縮腔，下氣缸處于卸載不工作狀態(tài)，此時(shí)僅上氣缸工作，壓縮機(jī)工作排量降低（如圖2B所示）。在壓縮機(jī)試作完成后進(jìn)行單體測(cè)試，其全能力模式下的壓縮機(jī)制冷量、能效比與常規(guī)非變?nèi)蒉D(zhuǎn)子壓縮機(jī)相比，處于相當(dāng)水平，表明此試作兩檔變?nèi)荻ㄋ賶嚎s機(jī)性能無(wú)異常。

圖1 變?nèi)輭嚎s機(jī)外觀

圖2 變?nèi)輭嚎s機(jī)變?nèi)莞自?/p>

圖3 變?nèi)菘刂圃?/p>

3.2 空調(diào)器實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

為了方便比較，本文使用同一個(gè)兩檔變?nèi)荻ㄋ賶嚎s機(jī)在空調(diào)器中進(jìn)行性能對(duì)比，在兩檔變?nèi)荻ㄋ賶嚎s機(jī)全能力工作時(shí)，此時(shí)空調(diào)器看作常規(guī)定速即一檔能力空調(diào)器，且以此測(cè)試結(jié)果進(jìn)行計(jì)算，得出一檔能力（常規(guī)）定速空調(diào)器SEER，然后再使用同一壓縮機(jī)進(jìn)行最小能力測(cè)試并得出兩檔變?nèi)荻ㄋ倏照{(diào)器的SEER。具體的實(shí)驗(yàn)測(cè)試環(huán)境工況如表2，空調(diào)器配置如表5。

表5 空調(diào)器配置參數(shù)

3.3 搭載兩檔變?nèi)荻ㄋ賶嚎s機(jī)的空調(diào)器測(cè)試

本文使用焓差實(shí)驗(yàn)室對(duì)空調(diào)器的性能進(jìn)行測(cè)試。采用毛細(xì)管節(jié)流（電子膨脹閥固定開(kāi)度代行），額定制冷工況下EERmin相較于EER全可提升4.6%；采用電子膨脹閥節(jié)流，額定制冷工況下EERmin相較于EER全可提升10%。根據(jù)空調(diào)器各工況的測(cè)試數(shù)據(jù)（表6～表7），可計(jì)算出空調(diào)器的SEER，結(jié)果如表8所示。相較于常規(guī)定速空調(diào)器，按印度氣候與年運(yùn)行時(shí)間，根據(jù)ISO標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算兩檔變?nèi)軸EER，使用1根毛細(xì)管節(jié)流，SEER可提升9%（兩點(diǎn)法），采用三點(diǎn)法時(shí)，SEER可提升近14%。如使用電子膨脹閥，將各測(cè)試點(diǎn)調(diào)整至最佳開(kāi)度，兩點(diǎn)法SEER可提升11.7%，三點(diǎn)法可提升14.8%。也即采用三點(diǎn)法比兩點(diǎn)法SEER可提升約3%～5%

表6 各工況搭載兩檔變?nèi)荻ㄋ賶嚎s機(jī)空調(diào)器測(cè)試結(jié)果（毛細(xì)管節(jié)流）

表7 各工況搭載兩檔變?nèi)荻ㄋ賶嚎s機(jī)空調(diào)器測(cè)試結(jié)果（電子膨脹閥節(jié)流）

表8 搭載兩檔變?nèi)荻ㄋ賶嚎s機(jī)空調(diào)器SEER對(duì)比

4 結(jié)論

根據(jù)兩檔變?nèi)荻ㄋ賶嚎s機(jī)計(jì)算結(jié)果，及其在空調(diào)器上應(yīng)用實(shí)際測(cè)試，結(jié)果表明：兩檔變?nèi)荻ㄋ倏照{(diào)器在毛細(xì)管節(jié)流時(shí)SEER可提升9%～14%，使用電子膨脹閥節(jié)流時(shí)SEER可提升11%～15%；兩檔變?nèi)荻ㄋ倏照{(diào)器性能測(cè)試時(shí)三點(diǎn)法比兩點(diǎn)法，SEER約提高3%～5%。