一种优化变频空调器APF指标的方法
一种优化变频空调器APF指标的方法
冯利伟
【摘 要】本文通过对空调系统APF各工况制冷(热)量、功率、EER/COP的变化对APF影响的研究,对两者之间的变化率进行分析,得出指导匹配方向的图,并对图中各量进行说明,据此图表可指导性能工程师进一步优化系统APF指标.
【期刊名称】《家电科技》
【年(卷),期】2016(000)009
【总页数】3页(P75-77)
苏打水品牌【关键词】APF;APF优化;变频空调器
【作 者】冯利伟
【作者单位】广东美芝制冷设备有限公司 广东顺德528535
【正文语种】中 文
2013年6月9日，中国正式发布了GB 21455-2013《转速可控型房间空气调节器能效限定值及能效等级》，并于当年10月1日起实施，至今，国内销售的变频空调采用APF评价方法。
APF，即全年能源效率（Annual Performance Factor），日本为推广变频技术在空调器上的应用，而最早提出，并沿用至今。
APF=（制冷全年总负荷CSTL+制热全年总负荷CHTL）/（制冷全年消耗总功率CSTE+制热全年消耗总功率HSTE）。
APF全年负荷中的制冷负荷，是以空调额定制冷能力作为环境温度35℃的建筑负荷，并将环境温度为23℃的建筑负荷作为0设计；以环境温度35℃建筑负荷和环境温度23℃建筑负荷连成的直线作为制冷季节建筑负荷线。
制热负荷是将空调额定制冷能力×0.82×1.25作为环境温度0℃的建筑负荷，并将环境温度为17℃的建筑负荷作为0设计，以环境温度0℃建筑负荷和环境温度17℃建筑负荷连成的直线作为制热季节建筑负荷线。
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APF的温度发生时间是以南京地区近10年的气象参数平均值为基准，参考JIS 9612发生时间的处理方法：取早6点到24点温度高于24℃的时间作为制冷季节发生时间，取早6点到24点温度低于16℃的时间作为制热季节发生时间进行处理得到。其中制冷季节发生总时间为1136h，制热季节发生总时间为433h[4]。
对空调器运行工况简化，采用5点法（制冷量7100W以上采用7点法），即额定制冷、中间制冷、额定制热、中间制热、低温制热，共5个工况的运行的负荷和消耗功率来推定空调器全年运行总负荷和总消耗功率。所以APF评价只需采用5点法（制冷量7100W以上采用7点法）中的工况对空调器进行评价。
APF各工况权重占比情况大致为，制冷工况权重占比约55%，制热工况权重占比约45%，具体工况权重，额定制冷23.4%，中间制冷32.1%，额定制热18.1%，中间制热15.6%，低温制热10.8%[1]。
有文章根据日本经验APF计算公式，用回归方程分析，得出中国APF经验公式：
APF=0.468+4.60%额定制冷EER+4.68%中间制冷EER+25%额定制热COP+18%中间制热COP+27%低温制热COP[5]。
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知道各工况权重占比并不能指导匹配，并且不同系统权重占比不尽相同。APF的经验计算公式，在一定范围内是有效的，取决于回归分析所用数据的数量，其最大的缺点是，同EER/COP等并不存在很明显的线性关系，例如很多例子中低温制热COP降低时也会提高APF，见文中例子。
本文论述的APF分析方法，是针对任一台空调器，对其匹配结果进行分析，得出可指导匹配工作的图表，指导不断调整并完善该空调系统的APF指标，具有普遍适用性。
4.1　方法介绍
对于一台匹配中的空调器，将匹配测试结果中的某工况的一个量，在其它工况（量）不动的情况下，进行变动，变动会引起APF发生变化，以APF的变化率与该量的变化率的关系作为研究对象，对APF各工况的量的变化率进行分析，得出可指导匹配的图表，指导性能工程师不断完善该系统的APF指标。
举例：某空调器匹配结果（数据已圆整），见表1。
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计算该空调器APF=4.04。
当只变动某工况中制冷（热）量、消耗功率、EER/COP中的其中一个时，得出APF与该工况的变动量之间的变化率关系，该变化率关系反映该量对APF的影响强弱。详细数据见表2。
4.2　数据分析
表2的数据，用图表表示，如图1。
图1中，制冷（热）量或功率的柱子越大，表示其对APF影响越大，而EER/COP柱子表示制冷（热）量与功率对APF影响的强弱，其柱子高度约等于制冷（热）量和功率的柱子相加。如EER/COP柱子在0以上，表示制冷（热）量的影响强于功率对APF的影响；柱子在0以下，表示制冷（热）量的影响弱于功率对APF的影响；柱子接近0，表示两者对APF影响程度相当。
由图1可以得出该系统的匹配特点：
（1）额定制冷工况，制冷量和功率的柱子均为负值，表示若要提高APF，该工况应降低制冷量和功率，且额定制冷量决定中间制冷量，都要求额定工况实测制冷量以刚好满足标准，
余量不宜太多。EER/COP柱子很长，且在0以下，说明功率对APF影响远超制冷量，应减少功率为主。
匹配时，采取一切可能的措施来降低功率，如适当降低压缩机频率以降低制冷量和功率。
（2）中间制冷工况和中间制热工况，EER/ COP柱子接近于0，表示制冷（热）量与功率对APF影响程度相当，说明两工况调试时重在提高能效，且两工况均不进行噪音评价，操作空间上较额定制冷（制热）工况大。
（3）额定制热工况，制热量和COP柱子均在0以上，且均很长，说明制热量对APF影响程度强于功率对APF影响。匹配时可增长毛细管，来提高排气温度，从而提高制热量，只要EER/COP柱子较长，且在0以上，可不考虑功率增长情况。但因额定制热量决定中间制热量，额定制热量不适宜过高，否则，中间制热COP低，反会导致APF降低。
人力资源部工作计划所以，该工况是优先考虑中间制热COP的前提下进行的微调。
（4）低温制热工况，根据图1，该工况与额定制热工况类似，不同处在于该工况不与其它工况联动，所以，只要EER/COP柱子在0以上，优先考虑提高制热量，但也要考虑制热量
增量/功率增量，其值≥2时效果非常明显；趋于1时，等同于电加热，是降低的。
根据文中标题4内容的分析，结合国家标准，对该系统进行了重新调试，结果如表3。
青春有你2怎么投票对比重新匹配前，中间制冷工况未动，额定制冷降低1Hz，额定制热降低3Hz，中间制热降低1Hz，低温制热提高5Hz，且低温制热工况能效较原先有下降，计算此时APF=4.175，较初次调试结果APF=4.04提高0.135（3.34%）。
考虑各工况权重占比（每台空调器的APF各工况权重可以从功率柱子上大致判断出来），对于压缩机选型来说，排量稍小且频率运行范围宽的压缩机更适宜做APF，此时压缩机电机优化负荷点与中间制冷工况负荷点接近，以提高中间制冷和中间制热能效，低温制热运行时压缩机采用高频运行，以提高热量。若考虑到频率太高带来的噪音问题，也可采用能效优化了中低频率的排量稍大的压缩机。
利用该方法计算，计算次数较多，完善一个系统，将会很耗时。但采用EXCEL VBA编程，
简化操作，直接输入匹配数据立即生成图表，看到匹配优化方向。
在空调器的匹配过程中，能够实时掌握匹配方向，可以快速有效地达成目标，节约资源。本文通过对指定工况的制冷（热）量、消耗功率、EER/COP与APF的联动变化情况进行分析，得出APF与各工况性能数据变化关系图图1，并根据该图，对系统进行优化，APF提高0.135，提高幅度达到3.34%，说明该图可直观有效地指导性能工程师对APF进行优化，图1中各柱子意义如下：
（1）制冷（热）量、消耗功率的柱子越长，说明其对APF影响越大；
（2）制冷（热）量、消耗功率的柱子在0以上，说明提高该量，可提高APF；柱子在0以下，应该减小该量来提高APF；
（3）EER/COP的柱子表示制冷（热）量、消耗功率对APF影响强弱，EER/COP柱子高度约等于其它两柱之和。当EER/COP柱子在0以上，说明EER/COP制冷（热）量对APF的影响程度强于功率对APF的影响程度，匹配时优先考虑提高制冷（热）量；在0以下，说明消耗功率对APF影响程度更大，匹配以降低功率为主；接近于0，说明两者对APF影响程度相当，此时应提高EER/ COP来提高APF。

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