季節(jié)能效比的測試計算方法(DOC)

1、從美國標準季節(jié)能效比的測試計算方法看房間空調器節(jié)能技術2009-05-2110:45:10 作者：李紹斌 曹勇 來源：中國建筑網(wǎng)本文從美國 ARI 標準 210/240 中對房間空調器季節(jié)能效比（SEER 的定義以 及測試計算方法入手，闡述房間空調器提高季節(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器的季節(jié)能效比提供 設計參考。1.簡介美國是世界上能源消耗最大的國家，美國人口2.5 億，人均住房面積達到 60 平方米，居世界首位，其中大部分住宅都是 3 層以下的獨立房屋，供暖、空調 全部是分戶設置，住宅空調電力消耗是美國主要的能源消耗之一。自從上世紀70

2、年代的能源危機導致美國經(jīng)濟大衰退后，美國政府通過政府立法的方式開始制定能源政策，這些政策包括建筑本身的節(jié)能和設備節(jié)能要求，以立法形式制定了強制性最低能源效率標準并推行節(jié)能建筑和使用節(jié)能設備的激勵政策。這些標準每隔 35 年就考慮新技術的不斷發(fā)展而更新， 要求也越來越嚴格。對房間空調器 產(chǎn)品，美國在 1977 年就開始推行季節(jié)能效比（SEER 這一更能體現(xiàn)空調機組運 行性能的概念，最低能效標準從最初的 SEER1 一直提高到現(xiàn)在的 SEER13 在不 久的將來肯定還會更高，這種變化表明了美國政府對能源消耗的控制力度，也顯 現(xiàn)了美國市場房間空調器節(jié)能技術發(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、來由以及未來的發(fā)展方向空調在實際使用過程中，室外狀況是不斷變化的，滿足額定工況的時間很少，大部分時間都是偏離額定工況的。再加上空調機組經(jīng)常會隨著室外溫度、房間負 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 并不能代表空調機組實際使用時對輸入電功率的有效利用程度。美國國家標準與技術協(xié)會最早于 1977 年首先提出空調制冷季節(jié)能效比 SEER 的概念：制冷季節(jié)總制冷量SEER -制冷季節(jié)空調消耗的總能量考慮了空調在不同環(huán)境溫度下的運行時間、 制冷量和能耗，計算方法接近 實際。與 EER 相比,SEER 更能合理地描述空調機組的運行性能。美

4、國能源部于 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器能源消耗的 量化參數(shù)。在美國這些標準在不同的州有不同的具體內容和要求，力卩州、紐約等經(jīng)濟比較發(fā)達的州，節(jié)能標準比聯(lián)邦政府標準更加嚴格。 而美國聯(lián)邦政府往往都以加州 作為更高標準推行的試驗地區(qū)，當在加州的標準推行的基本成熟后即頒布新的法 令將這一更高標準推向全國。目前加州 SEER 最低要求是 14.5，而且已經(jīng)推行了 兩三年，可以預想，美國很可能很快就將這一要求推向全國。從世界范圍來講，包括美國、日本、中國、韓國在內的很多國家都正積極推 進把季節(jié)能效比引入衡量空調器能源消耗的標準制定，房間空調器節(jié)能技術的發(fā) 展也勢必圍

5、繞提高季節(jié)能效比的方向發(fā)展。2.2 ARI 210/240【2】中關于 SEEF 的測試和計算方法ARI 的全稱是制冷與空調協(xié)會，其職責是制定行業(yè)相關產(chǎn)品標準，推行產(chǎn)品相關認證，引導相關企業(yè)在產(chǎn)品上的標準執(zhí)行。ARI 210/240 是就是由 ARI 制定的針對單元式空調和空氣源熱泵設備的性能測試與計算標準。ARI 210/ 240 規(guī)定額定負荷點中對于不同機組分別規(guī)定了計算 SEER 的試 驗工況，表 1 是針對定頻機組 SEER 的計算規(guī)定的 4 個工況，其中 A、B 和 C 試驗時機組連續(xù)運行，記錄數(shù)據(jù)前，系統(tǒng)必須至少運行 1 個小時。試驗方法可用 空氣焓值法、壓縮機標定法或制冷劑流量法

6、，進行測試時每隔 10 分鐘記錄一次 數(shù)據(jù)，直到 4 個連續(xù)讀數(shù)組的允差都在 ASHRAE37-2005 所規(guī)定的范圍以內。在 C 試驗結束后，立即開始 D 試驗，按照開機 6 分鐘、停機 24 分鐘循環(huán)人為控制 機組開停運行。停機時，室內、室外機組均停止運行。在至少進行兩次開 /停機 循環(huán)使室外側和室內側都重新達到穩(wěn)定的重復環(huán)境條件后， 機組在不中斷循環(huán)方 式條件下， 進行最后一次開/停機循環(huán)，記錄所需數(shù)據(jù)來測定開停損失系數(shù)CD。 如果不想進行CD值的測試，可以用默認值 0.25 代替。表一 ARI 210/ 240 中規(guī)定的試驗工況測試室內側室外側進口空氣溫度C）進口空氣溫度（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、干盤管工況26.713.927.818.3D 循環(huán)測試工況26.713.927.818.3經(jīng)過以上測試，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 的計算正是依據(jù)這些試驗數(shù)據(jù)來的。ARI 210/240 規(guī)定:SEER = ( 1 - 0.5 CD) EERB根據(jù)以上公式(1)( 2)( 3),通過引入以上測試數(shù)據(jù)，

8、季節(jié)能效比得以 計算。以上測試和計算均針對定速房間空調器，對多速或變頻房間空調器來說， 測試和計算方法有較大差異，本文主要針對定速方間空調器，不對多速和變速機 組的測試和計算方法詳述。2.3 SEER 的影響因素很明顯從以上季節(jié)能效比的計算公式(1)中可以看出，季節(jié)能效比大小有 兩個影響因素：EERB和CD。這里EERB是在 ARI 標準中規(guī)定的能效測試工況 B 中測得的能效比，之所以將室外溫度 27.8 作為能效測試 B 的工況，主要是因 為從美國全年的室外溫度變化情況來看，空調大部分運行時間都不會在35 度的溫度下，27.8 度是取的一個常年數(shù)據(jù)的平均值后確定的能效測試室外溫度。引 入 B

9、 工況作為能效工況對于設備生產(chǎn)商來說是一件好事情，有利于生產(chǎn)商對高能效產(chǎn)品的設計實現(xiàn)，也是更合乎空調實際運行性能的做法。總所周知，中國目前的能效工況仍然是 35 度工況，這里我們使用一個樣機對美國標準的能力和能效 測試與國內標準的測試結果做一個簡單的對比，如表二所示。表二 美國標準與國內標準測試數(shù)據(jù)對比工況溫度C)制冷能力(W能效美國工況能力內26.7/19.4,夕卜35/23.989143.56美國工況能效內26.7/19.4,夕卜27.8/18.397694.37國標工況能力能效內 27/19,外 35/2487213.48退化系數(shù)的引入是因為當空調器的連續(xù)穩(wěn)定運轉制冷量大于房間冷負荷 時

10、，空調器會進行周期開、停運轉，以保持房間內被調節(jié)溫度恒定。在周期開、 停運轉時，空調器的制冷量比連續(xù)運轉時的制冷量減小， 而開、停運轉時的功率OLEQAy (1)消耗比連續(xù)運轉時的功率消耗增大。 因此，開、停運轉時的能效比比連續(xù)運轉時 的能效比減小。退化系數(shù)正是用于量化這種開停產(chǎn)生的能效損失。在以下情況下退化系數(shù)的默認值：如果制造商在 ARI 認證測試中不測試 C、D 兩個可選的測試項目，那么退化系數(shù)將默認為 0.25。我們可以做以下計算對比： 如果退化系數(shù)為 0.25，根據(jù)公式（1），SEER 各等于 EER*0.875.，如果要達到 SEER13勺要求，EER 將至少要達到 4.35，對于

11、定速壓縮機來說，這將非常困難 除非在空調的其它部件上花費很高的成本。但是，如果這個退化系數(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 將只需要達到 4.01 即可滿足 SEER13 勺要求，相對于退化系數(shù)為 0.25 時的情況，這將降低 8%的 要求，這標志著機組成本也將相應降低，并降低機組的開發(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，對于定頻房間空調器，提高能效可以從以下幾個方面來實現(xiàn) ：1、采用高效的壓縮機，一般來講，使用渦旋式壓縮機比轉子式壓縮機能獲 得更高的能效，同時壓縮機排量的合理選擇也是一個需要重要考慮的因 素；2、合理設計換熱器，換熱器對高能效系統(tǒng)的實現(xiàn)至關重要，換熱器的設計 包括換熱面積、流路流程布置、翅片片形設計與優(yōu)化、換熱管內部傳熱 強化等諸多方面（使用微通道換熱器是一個很好的選擇）；3、合理的風量與迎面風速設計，風量的大小直接關系功率的消耗，風量太 大對系統(tǒng)換熱是有利，但是功率同時會大幅增加，對整機能效反而降

13、低 了，因此風量有一個最佳值選擇。換熱系數(shù)與迎面風速直接相關，風速 也是風量選擇時需要考慮的因素；4、 合理的配管設計對系統(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器能效的提高，由圖 1 可以看出提高幅度非?？捎^，因此美國在對退化系數(shù)的研究上做了很多工作，圖2 是美國 ARI 和 CEC對大量機組測試結果的一個統(tǒng)計，結果表明，大部分產(chǎn)品在空調系統(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:齡圖 2 目前的 Cd技術統(tǒng)計通過穩(wěn)態(tài) C 工況和循環(huán) D 工況對機組實際開停運行的模擬測試

14、過程，我們可 以找到一些降低退化系數(shù)的方法4，從而改善機組的季節(jié)能效比。對于同一臺機 組來說，穩(wěn)態(tài)工況下的能效I占 ER 形曲是確定的，因此通過公式（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，因此針對同一臺機組，要降低退化系數(shù)我們需 要從 EER 來卸上想辦法。在循環(huán) D 工況測試時，我們可以認為 6 分鐘的開機時 間是穩(wěn)態(tài)運行的，那么停機的 24 分鐘就成為提高8“ .圧的關鍵。一方面，在壓縮機停機后有一段特殊的時間，在這段時間里一部分制冷劑液 體仍然在蒸發(fā)器里面蒸發(fā)傳熱，如果我們在這時將風機設置一個延時停止， 在風 機延

15、時停的這段時間里，循環(huán)工況下總的制冷量將會提升。如果這個延時期間里 額外能力與風機消耗功率的比值高于6 分鐘開機時間里的的平均能效比，匡瓦二將會提升。根據(jù)這種思路，如果在壓縮機停機瞬間同時阻斷液管以阻 止液體的回流，保持較多液體停留在蒸發(fā)器內部，延時期間的風將吹出更多的能 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，比如毛細管，孔板，熱力膨脹閥和電子膨脹閥， 不同的壓縮機形式比如渦旋機、轉子機和活塞機，不同的機組能力大小將都可能 帶來對退化系數(shù)的不同影響。根據(jù)這些分析，我們在相同的焓差臺上對相同的機組按照以下方案試驗來驗 證這些理論的可行性：1、 在室內機控制上增加一個可以控制當壓

16、縮機停機時延時停內風機的裝置， 并且選擇合適的延時時間。2、 在液管上增加一個電動閥開關，在壓縮機停機瞬間，這個電動閥也立刻 關閉，以保持大部分液體仍在蒸發(fā)器內部蒸發(fā)。3、 對同一臺機組，使用不同的節(jié)流裝置：毛細管、電子膨脹閥以及熱力膨 脹閥4、 對同一臺機組，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：渦旋機、旋轉式壓縮機機和往復活塞式壓縮機機。5、 對于不同冷量的機組使用同樣的節(jié)流裝置和壓縮機形式。經(jīng)過試驗，獲得如下的數(shù)據(jù)記錄：圖 4 風機延時和電動閥開關動作對CD的影響 節(jié)流裝置對CD的影響-JJJJJJJJJnTUJJJJ退it系頼圖 5 不同形式的圖 6 不同壓縮機類型

17、對退化系數(shù)的影響圖 7 不同冷量的機組的退化系數(shù)差異可見，采用合適時間的內風機停機延時， 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大幅降低退化系數(shù)，同時越大冷量的機組退化系數(shù)一般較較 小冷量機組的退化系數(shù)為低，但是相近能力的不同壓縮機形式的使用對退化系數(shù) 影響不大。至此，我們可以提出一個理想的最大限度降低退化系數(shù)的空調系統(tǒng)模型：-個制冷量 60000Btu/h 的機組，使用熱力膨脹閥作為節(jié)流裝置，在外機液管上設 置一個電動閥，其開關與壓縮機開停一起動作，在內風機上設置風機停機延時控 制,延時時間設置在一個合理的范圍內。 這樣的系統(tǒng)將可以將機組因開停機產(chǎn)生 的能效退化系數(shù)降低到 0.0

18、5 以下。結論季節(jié)能效比反映了空調器在一年的全部使用時間內能量的有效利用程度。它作為評價空調器的運行經(jīng)濟性指標比采用能效比評價經(jīng)濟性更為合理。季節(jié)能效比的概念首先在美國被提出，經(jīng)過這么多年的發(fā)展，美國已經(jīng)形成比較成熟的季 節(jié)能效比測試與計算方法，從這些測試和計算方法我們可以尋求到一些提高房間 空調器季節(jié)能效比的途徑，這些途徑除了空調戲本身系統(tǒng)配置的合理設計外， 還+悴于題綿機 亠話塞壓純機可以從降低因反復開停造成的能效退化系數(shù)上做出一些改進，當然我們提出的某些改進方法可能從機組本身成本上有所增加， 但是從長遠經(jīng)濟性能上來講，還是 具有較強的參考價值，隨著美國能效的不斷升級，提高 B 工況的能效比將越來越 困難，降低退化系數(shù) Cd 將是我們提高 SEER 勺重要手段。術語CD退化系數(shù)下標