季節(jié)能效比的測(cè)試計(jì)算方法(DOC)

1、從美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)季節(jié)能效比的測(cè)試計(jì)算方法看房間空調(diào)器節(jié)能技術(shù)2009-05-2110:45:10 作者：李紹斌 曹勇 來(lái)源：中國(guó)建筑網(wǎng)本文從美國(guó) ARI 標(biāo)準(zhǔn) 210/240 中對(duì)房間空調(diào)器季節(jié)能效比（SEER 的定義以 及測(cè)試計(jì)算方法入手，闡述房間空調(diào)器提高季節(jié)能效比的若干方法與方向，在大力提倡節(jié)能降耗的新形式下，為提高現(xiàn)有中低能效房間空調(diào)器的季節(jié)能效比提供 設(shè)計(jì)參考。1.簡(jiǎn)介美國(guó)是世界上能源消耗最大的國(guó)家，美國(guó)人口2.5 億，人均住房面積達(dá)到 60 平方米，居世界首位，其中大部分住宅都是 3 層以下的獨(dú)立房屋，供暖、空調(diào) 全部是分戶(hù)設(shè)置，住宅空調(diào)電力消耗是美國(guó)主要的能源消耗之一。自從上世紀(jì)70

2、年代的能源危機(jī)導(dǎo)致美國(guó)經(jīng)濟(jì)大衰退后，美國(guó)政府通過(guò)政府立法的方式開(kāi)始制定能源政策，這些政策包括建筑本身的節(jié)能和設(shè)備節(jié)能要求，以立法形式制定了強(qiáng)制性最低能源效率標(biāo)準(zhǔn)并推行節(jié)能建筑和使用節(jié)能設(shè)備的激勵(lì)政策。這些標(biāo)準(zhǔn)每隔 35 年就考慮新技術(shù)的不斷發(fā)展而更新， 要求也越來(lái)越嚴(yán)格。對(duì)房間空調(diào)器 產(chǎn)品，美國(guó)在 1977 年就開(kāi)始推行季節(jié)能效比（SEER 這一更能體現(xiàn)空調(diào)機(jī)組運(yùn) 行性能的概念，最低能效標(biāo)準(zhǔn)從最初的 SEER1 一直提高到現(xiàn)在的 SEER13 在不 久的將來(lái)肯定還會(huì)更高，這種變化表明了美國(guó)政府對(duì)能源消耗的控制力度，也顯 現(xiàn)了美國(guó)市場(chǎng)房間空調(diào)器節(jié)能技術(shù)發(fā)展的日新月異的發(fā)展。2.解讀季節(jié)能效比2.

3、1 SEER 的定義、來(lái)由以及未來(lái)的發(fā)展方向空調(diào)在實(shí)際使用過(guò)程中，室外狀況是不斷變化的，滿(mǎn)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。再加上空調(diào)機(jī)組經(jīng)常會(huì)隨著室外溫度、房間負(fù) 荷的變化而不斷啟停,功耗很不穩(wěn)定。因此,在全年使用季節(jié)里,用 EER 和 COP 并不能代表空調(diào)機(jī)組實(shí)際使用時(shí)對(duì)輸入電功率的有效利用程度。美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)協(xié)會(huì)最早于 1977 年首先提出空調(diào)制冷季節(jié)能效比 SEER 的概念：制冷季節(jié)總制冷量SEER -制冷季節(jié)空調(diào)消耗的總能量考慮了空調(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)機(jī)組的運(yùn)行性能。美

4、國(guó)能源部于 1979 年將季節(jié)能效比納入能源政策體系，以此作為衡量房間空調(diào)器能源消耗的 量化參數(shù)。在美國(guó)這些標(biāo)準(zhǔn)在不同的州有不同的具體內(nèi)容和要求，力卩州、紐約等經(jīng)濟(jì)比較發(fā)達(dá)的州，節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)比聯(lián)邦政府標(biāo)準(zhǔn)更加嚴(yán)格。 而美國(guó)聯(lián)邦政府往往都以加州 作為更高標(biāo)準(zhǔn)推行的試驗(yàn)地區(qū)，當(dāng)在加州的標(biāo)準(zhǔn)推行的基本成熟后即頒布新的法 令將這一更高標(biāo)準(zhǔn)推向全國(guó)。目前加州 SEER 最低要求是 14.5，而且已經(jīng)推行了 兩三年，可以預(yù)想，美國(guó)很可能很快就將這一要求推向全國(guó)。從世界范圍來(lái)講，包括美國(guó)、日本、中國(guó)、韓國(guó)在內(nèi)的很多國(guó)家都正積極推 進(jìn)把季節(jié)能效比引入衡量空調(diào)器能源消耗的標(biāo)準(zhǔn)制定，房間空調(diào)器節(jié)能技術(shù)的發(fā) 展也勢(shì)必圍

5、繞提高季節(jié)能效比的方向發(fā)展。2.2 ARI 210/240【2】中關(guān)于 SEEF 的測(cè)試和計(jì)算方法ARI 的全稱(chēng)是制冷與空調(diào)協(xié)會(huì)，其職責(zé)是制定行業(yè)相關(guān)產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)，推行產(chǎn)品相關(guān)認(rèn)證，引導(dǎo)相關(guān)企業(yè)在產(chǎn)品上的標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行。ARI 210/240 是就是由 ARI 制定的針對(duì)單元式空調(diào)和空氣源熱泵設(shè)備的性能測(cè)試與計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)。ARI 210/ 240 規(guī)定額定負(fù)荷點(diǎn)中對(duì)于不同機(jī)組分別規(guī)定了計(jì)算 SEER 的試 驗(yàn)工況，表 1 是針對(duì)定頻機(jī)組 SEER 的計(jì)算規(guī)定的 4 個(gè)工況，其中 A、B 和 C 試驗(yàn)時(shí)機(jī)組連續(xù)運(yùn)行，記錄數(shù)據(jù)前，系統(tǒng)必須至少運(yùn)行 1 個(gè)小時(shí)。試驗(yàn)方法可用 空氣焓值法、壓縮機(jī)標(biāo)定法或制冷劑流量法

6、，進(jìn)行測(cè)試時(shí)每隔 10 分鐘記錄一次 數(shù)據(jù)，直到 4 個(gè)連續(xù)讀數(shù)組的允差都在 ASHRAE37-2005 所規(guī)定的范圍以?xún)?nèi)。在 C 試驗(yàn)結(jié)束后，立即開(kāi)始 D 試驗(yàn)，按照開(kāi)機(jī) 6 分鐘、停機(jī) 24 分鐘循環(huán)人為控制 機(jī)組開(kāi)停運(yùn)行。停機(jī)時(shí)，室內(nèi)、室外機(jī)組均停止運(yùn)行。在至少進(jìn)行兩次開(kāi) /停機(jī) 循環(huán)使室外側(cè)和室內(nèi)側(cè)都重新達(dá)到穩(wěn)定的重復(fù)環(huán)境條件后， 機(jī)組在不中斷循環(huán)方 式條件下， 進(jìn)行最后一次開(kāi)/停機(jī)循環(huán)，記錄所需數(shù)據(jù)來(lái)測(cè)定開(kāi)停損失系數(shù)CD。 如果不想進(jìn)行CD值的測(cè)試，可以用默認(rèn)值 0.25 代替。表一 ARI 210/ 240 中規(guī)定的試驗(yàn)工況測(cè)試室內(nèi)側(cè)室外側(cè)進(jìn)口空氣溫度C）進(jìn)口空氣溫度（C）干球溫度

7、濕球溫度干球溫度濕球溫度制冷A、名義制冷工況26.719.435.023.9B、能效比工況26.719.427.818.3C、干盤(pán)管工況26.713.927.818.3D 循環(huán)測(cè)試工況26.713.927.818.3經(jīng)過(guò)以上測(cè)試，獲得如下的能力值：QSs（ 35）、Qs（27.8 ）、Qs,dry，qcyc,d ry，獲得如下功率消耗值：Ess（ 35）、Ess（ 27.8 ）、Ess,dry， ecyc,dry，季節(jié)能效比 的計(jì)算正是依據(jù)這些試驗(yàn)數(shù)據(jù)來(lái)的。ARI 210/240 規(guī)定:SEER = ( 1 - 0.5 CD) EERB根據(jù)以上公式(1)( 2)( 3),通過(guò)引入以上測(cè)試數(shù)據(jù)，

8、季節(jié)能效比得以 計(jì)算。以上測(cè)試和計(jì)算均針對(duì)定速房間空調(diào)器，對(duì)多速或變頻房間空調(diào)器來(lái)說(shuō)， 測(cè)試和計(jì)算方法有較大差異，本文主要針對(duì)定速方間空調(diào)器，不對(duì)多速和變速機(jī) 組的測(cè)試和計(jì)算方法詳述。2.3 SEER 的影響因素很明顯從以上季節(jié)能效比的計(jì)算公式(1)中可以看出，季節(jié)能效比大小有 兩個(gè)影響因素：EERB和CD。這里EERB是在 ARI 標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的能效測(cè)試工況 B 中測(cè)得的能效比，之所以將室外溫度 27.8 作為能效測(cè)試 B 的工況，主要是因 為從美國(guó)全年的室外溫度變化情況來(lái)看，空調(diào)大部分運(yùn)行時(shí)間都不會(huì)在35 度的溫度下，27.8 度是取的一個(gè)常年數(shù)據(jù)的平均值后確定的能效測(cè)試室外溫度。引 入 B

9、 工況作為能效工況對(duì)于設(shè)備生產(chǎn)商來(lái)說(shuō)是一件好事情，有利于生產(chǎn)商對(duì)高能效產(chǎn)品的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)，也是更合乎空調(diào)實(shí)際運(yùn)行性能的做法?？偹苤袊?guó)目前的能效工況仍然是 35 度工況，這里我們使用一個(gè)樣機(jī)對(duì)美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)的能力和能效 測(cè)試與國(guó)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)的測(cè)試結(jié)果做一個(gè)簡(jiǎn)單的對(duì)比，如表二所示。表二 美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)與國(guó)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試數(shù)據(jù)對(duì)比工況溫度C)制冷能力(W能效美國(guó)工況能力內(nèi)26.7/19.4,夕卜35/23.989143.56美國(guó)工況能效內(nèi)26.7/19.4,夕卜27.8/18.397694.37國(guó)標(biāo)工況能力能效內(nèi) 27/19,外 35/2487213.48退化系數(shù)的引入是因?yàn)楫?dāng)空調(diào)器的連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)制冷量大于房間冷負(fù)荷 時(shí)

10、，空調(diào)器會(huì)進(jìn)行周期開(kāi)、停運(yùn)轉(zhuǎn)，以保持房間內(nèi)被調(diào)節(jié)溫度恒定。在周期開(kāi)、 停運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，空調(diào)器的制冷量比連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的制冷量減小， 而開(kāi)、停運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的功率OLEQAy (1)消耗比連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的功率消耗增大。 因此，開(kāi)、停運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的能效比比連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí) 的能效比減小。退化系數(shù)正是用于量化這種開(kāi)停產(chǎn)生的能效損失。在以下情況下退化系數(shù)的默認(rèn)值：如果制造商在 ARI 認(rèn)證測(cè)試中不測(cè)試 C、D 兩個(gè)可選的測(cè)試項(xiàng)目，那么退化系數(shù)將默認(rèn)為 0.25。我們可以做以下計(jì)算對(duì)比： 如果退化系數(shù)為 0.25，根據(jù)公式（1），SEER 各等于 EER*0.875.，如果要達(dá)到 SEER13勺要求，EER 將至少要達(dá)到 4.35，對(duì)于

11、定速壓縮機(jī)來(lái)說(shuō)，這將非常困難 除非在空調(diào)的其它部件上花費(fèi)很高的成本。但是，如果這個(gè)退化系數(shù)值能夠想辦法降低，那么情況就大不一樣了，如果退化系數(shù)為0.1，EER 將只需要達(dá)到 4.01 即可滿(mǎn)足 SEER13 勺要求，相對(duì)于退化系數(shù)為 0.25 時(shí)的情況，這將降低 8%的 要求，這標(biāo)志著機(jī)組成本也將相應(yīng)降低，并降低機(jī)組的開(kāi)發(fā)難度。從此看出我們 需積極尋求能使退化系數(shù)得到有效降低的方法。退化系數(shù)對(duì)SEEF 的影響可以從下圖中看出：L 020000厲9X()0. 96()6 9100, 9?00. 9000. 88()圖 1 SEER 隨CD變化的衰減系數(shù)圖3.提高季節(jié)能效比的途徑3.1 提高 EE

12、R 的途徑從以上 SEER 勺影響因素可以看出，提高季節(jié)能效比的途徑一方面就在于提 高EERB，對(duì)于定頻房間空調(diào)器，提高能效可以從以下幾個(gè)方面來(lái)實(shí)現(xiàn) ：1、采用高效的壓縮機(jī)，一般來(lái)講，使用渦旋式壓縮機(jī)比轉(zhuǎn)子式壓縮機(jī)能獲 得更高的能效，同時(shí)壓縮機(jī)排量的合理選擇也是一個(gè)需要重要考慮的因 素；2、合理設(shè)計(jì)換熱器，換熱器對(duì)高能效系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)至關(guān)重要，換熱器的設(shè)計(jì) 包括換熱面積、流路流程布置、翅片片形設(shè)計(jì)與優(yōu)化、換熱管內(nèi)部傳熱 強(qiáng)化等諸多方面（使用微通道換熱器是一個(gè)很好的選擇）；3、合理的風(fēng)量與迎面風(fēng)速設(shè)計(jì)，風(fēng)量的大小直接關(guān)系功率的消耗，風(fēng)量太 大對(duì)系統(tǒng)換熱是有利，但是功率同時(shí)會(huì)大幅增加，對(duì)整機(jī)能效反而降

13、低 了，因此風(fēng)量有一個(gè)最佳值選擇。換熱系數(shù)與迎面風(fēng)速直接相關(guān)，風(fēng)速 也是風(fēng)量選擇時(shí)需要考慮的因素；4、 合理的配管設(shè)計(jì)對(duì)系統(tǒng)效率也有重要影響， 特別是氣管的選擇尤為重要。 3.2降低退化系數(shù)（C6 的途徑退化系數(shù)的降低可直接促成空調(diào)器能效的提高，由圖 1 可以看出提高幅度非?？捎^，因此美國(guó)在對(duì)退化系數(shù)的研究上做了很多工作，圖2 是美國(guó) ARI 和 CEC對(duì)大量機(jī)組測(cè)試結(jié)果的一個(gè)統(tǒng)計(jì)，結(jié)果表明，大部分產(chǎn)品在空調(diào)系統(tǒng)上采取一定 降低退化系數(shù)的措施后，退化系數(shù)可大幅降低。斗船怪 I；ARI a OECl 運(yùn):齡圖 2 目前的 Cd技術(shù)統(tǒng)計(jì)通過(guò)穩(wěn)態(tài) C 工況和循環(huán) D 工況對(duì)機(jī)組實(shí)際開(kāi)停運(yùn)行的模擬測(cè)試

14、過(guò)程，我們可 以找到一些降低退化系數(shù)的方法4，從而改善機(jī)組的季節(jié)能效比。對(duì)于同一臺(tái)機(jī) 組來(lái)說(shuō)，穩(wěn)態(tài)工況下的能效I占 ER 形曲是確定的，因此通過(guò)公式（2）和公式（3） 我們發(fā)現(xiàn)循環(huán)工況的能效匡 ER 那加是影響退化系數(shù)的大小的主要因素， =二越高，退化系數(shù)越低，因此針對(duì)同一臺(tái)機(jī)組，要降低退化系數(shù)我們需 要從 EER 來(lái)卸上想辦法。在循環(huán) D 工況測(cè)試時(shí)，我們可以認(rèn)為 6 分鐘的開(kāi)機(jī)時(shí) 間是穩(wěn)態(tài)運(yùn)行的，那么停機(jī)的 24 分鐘就成為提高8“ .圧的關(guān)鍵。一方面，在壓縮機(jī)停機(jī)后有一段特殊的時(shí)間，在這段時(shí)間里一部分制冷劑液 體仍然在蒸發(fā)器里面蒸發(fā)傳熱，如果我們?cè)谶@時(shí)將風(fēng)機(jī)設(shè)置一個(gè)延時(shí)停止， 在風(fēng) 機(jī)延

15、時(shí)停的這段時(shí)間里，循環(huán)工況下總的制冷量將會(huì)提升。如果這個(gè)延時(shí)期間里 額外能力與風(fēng)機(jī)消耗功率的比值高于6 分鐘開(kāi)機(jī)時(shí)間里的的平均能效比，匡瓦二將會(huì)提升。根據(jù)這種思路，如果在壓縮機(jī)停機(jī)瞬間同時(shí)阻斷液管以阻 止液體的回流，保持較多液體停留在蒸發(fā)器內(nèi)部，延時(shí)期間的風(fēng)將吹出更多的能 力從而提高 D工況整體的能效。另一方面，不同的節(jié)流裝置，比如毛細(xì)管，孔板，熱力膨脹閥和電子膨脹閥， 不同的壓縮機(jī)形式比如渦旋機(jī)、轉(zhuǎn)子機(jī)和活塞機(jī)，不同的機(jī)組能力大小將都可能 帶來(lái)對(duì)退化系數(shù)的不同影響。根據(jù)這些分析，我們?cè)谙嗤撵什钆_(tái)上對(duì)相同的機(jī)組按照以下方案試驗(yàn)來(lái)驗(yàn) 證這些理論的可行性：1、 在室內(nèi)機(jī)控制上增加一個(gè)可以控制當(dāng)壓

16、縮機(jī)停機(jī)時(shí)延時(shí)停內(nèi)風(fēng)機(jī)的裝置， 并且選擇合適的延時(shí)時(shí)間。2、 在液管上增加一個(gè)電動(dòng)閥開(kāi)關(guān)，在壓縮機(jī)停機(jī)瞬間，這個(gè)電動(dòng)閥也立刻 關(guān)閉，以保持大部分液體仍在蒸發(fā)器內(nèi)部蒸發(fā)。3、 對(duì)同一臺(tái)機(jī)組，使用不同的節(jié)流裝置：毛細(xì)管、電子膨脹閥以及熱力膨 脹閥4、 對(duì)同一臺(tái)機(jī)組，使用相同形式的節(jié)流裝置，但是不同形式的能力接近的 壓縮機(jī)：渦旋機(jī)、旋轉(zhuǎn)式壓縮機(jī)機(jī)和往復(fù)活塞式壓縮機(jī)機(jī)。5、 對(duì)于不同冷量的機(jī)組使用同樣的節(jié)流裝置和壓縮機(jī)形式。經(jīng)過(guò)試驗(yàn)，獲得如下的數(shù)據(jù)記錄：圖 4 風(fēng)機(jī)延時(shí)和電動(dòng)閥開(kāi)關(guān)動(dòng)作對(duì)CD的影響 節(jié)流裝置對(duì)CD的影響-JJJJJJJJJnTUJJJJ退it系頼圖 5 不同形式的圖 6 不同壓縮機(jī)類(lèi)型

17、對(duì)退化系數(shù)的影響圖 7 不同冷量的機(jī)組的退化系數(shù)差異可見(jiàn)，采用合適時(shí)間的內(nèi)風(fēng)機(jī)停機(jī)延時(shí)， 使用特定的節(jié)流裝置以及在系統(tǒng)管 路上的特殊處理均會(huì)大幅降低退化系數(shù)，同時(shí)越大冷量的機(jī)組退化系數(shù)一般較較 小冷量機(jī)組的退化系數(shù)為低，但是相近能力的不同壓縮機(jī)形式的使用對(duì)退化系數(shù) 影響不大。至此，我們可以提出一個(gè)理想的最大限度降低退化系數(shù)的空調(diào)系統(tǒng)模型：-個(gè)制冷量 60000Btu/h 的機(jī)組，使用熱力膨脹閥作為節(jié)流裝置，在外機(jī)液管上設(shè) 置一個(gè)電動(dòng)閥，其開(kāi)關(guān)與壓縮機(jī)開(kāi)停一起動(dòng)作，在內(nèi)風(fēng)機(jī)上設(shè)置風(fēng)機(jī)停機(jī)延時(shí)控 制,延時(shí)時(shí)間設(shè)置在一個(gè)合理的范圍內(nèi)。 這樣的系統(tǒng)將可以將機(jī)組因開(kāi)停機(jī)產(chǎn)生 的能效退化系數(shù)降低到 0.0

18、5 以下。結(jié)論季節(jié)能效比反映了空調(diào)器在一年的全部使用時(shí)間內(nèi)能量的有效利用程度。它作為評(píng)價(jià)空調(diào)器的運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)比采用能效比評(píng)價(jià)經(jīng)濟(jì)性更為合理。季節(jié)能效比的概念首先在美國(guó)被提出，經(jīng)過(guò)這么多年的發(fā)展，美國(guó)已經(jīng)形成比較成熟的季 節(jié)能效比測(cè)試與計(jì)算方法，從這些測(cè)試和計(jì)算方法我們可以尋求到一些提高房間 空調(diào)器季節(jié)能效比的途徑，這些途徑除了空調(diào)戲本身系統(tǒng)配置的合理設(shè)計(jì)外， 還+悴于題綿機(jī) 亠話塞壓純機(jī)可以從降低因反復(fù)開(kāi)停造成的能效退化系數(shù)上做出一些改進(jìn)，當(dāng)然我們提出的某些改進(jìn)方法可能從機(jī)組本身成本上有所增加， 但是從長(zhǎng)遠(yuǎn)經(jīng)濟(jì)性能上來(lái)講，還是 具有較強(qiáng)的參考價(jià)值，隨著美國(guó)能效的不斷升級(jí)，提高 B 工況的能效比將越來(lái)越 困難，降低退化系數(shù) Cd 將是我們提高 SEER 勺重要手段。術(shù)語(yǔ)CD退化系數(shù)下標(biāo)