北美單速空調器SEER測試方法及研究

鄧本崢

( 廣州天河蘭石技術開發有限公司，廣東廣州 510640 )

北美單速空調器SEER測試方法及研究

鄧本崢

( 廣州天河蘭石技術開發有限公司，廣東廣州 510640 )

根據美國AHRI標準210/240，對房間單速空調器季節能效比(SEER)的評估要進行4個測試工況入手，分析測試過程中的方法以及要點對得出SEER的結果的影響,并通過實驗研究去驗證，最后利用開發的軟件導入實驗數據并計算Cd系數和SEER。

定速空調器；AHRI210/240；季節能效比SEER；測量；計算。

0 引言

美國國家標準與技術協會最早于1997年首先提出空調制冷季節能效比SEER(Seasonal Energy Efficiency Ratio)的概念，并將其作為衡量制冷效率的標準?？照{器在實際的運行過程中，室外的溫度、濕度狀況是不斷變化的，滿足額定工況的時間很少，大部分時間都是偏離額定工況的，而且空調器會隨室外溫度、房間的負載的變化而不斷的開停,功耗很不穩定,所以在全年使用的季節里，用EER并不能代表季節性能源消耗的情況，也不能代表空調器實際使用時對輸入電功率的有效利用程度。美國標準AHRI 210/240中，單速空調器季節能效比的評估要進行A、B、C、D這4個工況的測試，如何在實驗中把這4個工況做的更好，得出較為準確的SEER值，是實驗室測試研究人員的一大挑戰。

1 測試工況要求

根據AHRI 210/240標準，對于安裝有單速壓縮機、恒速室內風機和恒定空氣體積率室內風機的空調器SEER的評估需要完成4個測試工況[1]，如表1所示。其中A、B工況為必測工況，用于測試機組在制冷滿負荷情況下的制冷能力和消耗功率。而C、D工況為可選工況，用于測試機組在滿負荷運行情況下的衰減系數Cd值，若不進行測試，則Cd值默認等于0.25。測試后，將各個工況的測試所得的制冷能力、消耗功率、Cd值代入一系列的計算公式即可計算出SEER值。

表1 AHRI210/240定速空調器制冷能力能效測試工況

測試描述進入室內機空氣溫度干球(℃)濕球(℃)進入室外機空氣溫度干球(℃)濕球(℃)制冷空氣體積率A工況—必要(穩定、濕盤管)267194350239制冷滿負荷B工況—必要(穩定、濕盤管)267194278183制冷滿負荷C工況—可選(穩定、干盤管)267<139278—制冷滿負荷D工況—可選(周期、干盤管)267<139278—?

*注：在周期運行開啟期間保持空氣噴嘴壓差值或速度壓力和C工況測定相同

2 SEER測量

A、B這兩個常規穩態工況在本文就不作詳細介紹，測試SEER的重點和難點，在于C、D工況的穩定和相關技術參數的測量。北美焓差實驗室的測試原理圖如圖1所示。為了達到C工況濕球溫度低于13.9℃的干燥要求，我們采用在室內側安裝除濕機，同時室內側工況機的循環風機可調低速，并且蒸發器被遮擋部分過風面積，這樣就能快速穩定C工況，做到普通焓差實驗室無法達到的效果。

2.1 測試方法和流程

如表1[1]所示，C工況是干盤管穩態工況，室內側是一個比較干燥的工況，相對濕度要求低于21.7%，對于北美焓差實驗室來說，如何才能做到如此干燥的一個工況，不單單只是考核系統設計是否達標，而且在實驗中，也考核測試人員采用什么樣的實驗方法，才能讓工況在較快的時間內達到干球26.7℃、濕球13.9℃以下的干工況，然后穩定運行，務必達到ANSI/AHRI STANDARD 210/240-2008中Table7所要求的判穩條件[1]。

D工況是干盤管斷續工況測試，要求被試機先停止24分鐘，然后運行6分鐘，這樣30分鐘為一個周期，連續運行3個周期，標準規定其中第一、二個周期是用來確定工況的，第三個周期用于計算。實際設計上，我們會運行5個周期，第一、二個周期用于確定工況，后三個周期取EERcyc的平均值來進行CD值的計算，這樣實際測試效果更好。

2.1.1 C、D工況的測試流程

圖2中，A、B、C、D、E各字母代表階段意義如下：

A)運行試驗室達到C工況；

B)工況穩定后，保持壓縮機、排風機、室外風機開啟，并穩定運行60min；

C)如果試驗工況參數在標準Table7要求范圍內，則采集C工況試驗數據(30min)；

D)繼續運行30min,確保軟件采集了D工況所需的C工況數據：噴嘴處比容，噴嘴處比熱，含濕量，噴嘴壓差,同時根據被試機冷量和功率確認D工況的模擬負載加熱功率。

E)按先停機24min，后開機6min為一個周期的模式進行2個D工況預循環，然后再進行3個循環的D工況正式測試。

2.1.2 C、D工況測試實例

以室內機不自帶風機的機型為例，被測空調器內機出風口連接到靜壓箱的出風口以及進風口連接到輔助進風箱的這兩個風道的安裝，必須符合美標ANSI/ASHRAE Standard 37-2009中的要求[2]。

圖1 實驗室測試原理圖

圖2 北美焓差空調測試中C、D工況測試流程

表2 D工況被測空調器開停狀態表

標號壓縮機狀態內風機狀態外風機狀態時間占比(min)1OFFOFFOFF232ONONON63OFFONOFF1

注：標號與圖2中數字代號相對應

圖3 C工況穩定后的數據采集記錄曲線圖

圖4 D工況穩定后的數據采集記錄曲線圖

圖5 熱電偶格柵堆和鉑電阻溫度對比圖

運行系統和被測空調器并穩定C工況，軟件采集C工況數據，如圖3所示，濕球溫度穩定在13.8℃，已經滿足AHRI210/240中濕球溫度需小于13.9℃的要求，此時軟件可采集后35min的數據并保存。

軟件采集完C工況數據后，切換工況到D工況，并在軟件界面點擊開始按鈕，進行D工況測試，完成D工況測試后，軟件采集曲線數據如圖4,為被測空調器運行5個開停周期的工況曲線。

2.2 影響測試結果的幾個因素

(1)熱電偶格柵

斷續工況、化霜工況必須使用出風熱電偶格柵；任何時候都可以使用進風熱電偶格柵替代鉑電阻，但是由于熱電偶格柵反應比較靈敏，需要慎用。但是進風使用格柵的優點是斷續的進出風溫差會比較同步；應該使用24G的熱電偶，直徑應該是0.511mm。熱電偶采取并聯形式測量平均溫度，不能采取串聯的形式，因為串聯接線方式會有累積誤差，根據實驗測試，17點累積誤差達到1K左右，所以熱電偶格柵都采用并聯接線方式為最佳。圖5為熱電偶堆和鉑電阻的數據記錄曲線變化狀態。其中標號為TC開頭的是熱電偶堆，其他則為鉑電阻，從曲線圖中可以明顯看出來熱電偶堆的數據變化更為靈敏，更真實的反映了被測機的進、出風溫度的狀態。

(2)模擬負載加熱

在D工況中，模擬負載應該手動輸出，因為假如用PID自動控制，會在前期出現約1min 100%輸出的情況，這樣會導致工況超標。室內目標值應該是“能力-排風機功率”，室外應該是“能力+壓縮機功率”。在斷續時直接控制接觸器開停即可。

提前投入的時間可以通過觀察被試機開停瞬間的溫度波動來確定。如果開機時，室內溫度下降，則加熱提前投入。如果溫度上升，則減少提前量。

如果停機溫度上升，則增加加熱提前關閉的時間，如果停機前就溫度下降，則延后加熱關閉時間。

(3)引風機、風閥延時開閉控制

引風機延時和風閥開閉的要求并不是對所有機型都適用的，需要根據被試機的不同情況來確定[1],例如：

D工況周期測試中，被試機為不自帶風機的風道機，停止周期時，風量測量系統的風閥需要自動控制關閉，引風機不延時關閉；運行周期，引風機需要早于被試機運行，同時，引風機變頻器的啟動時間如設置成20或更大值，對于D工況這個時間太長了，改為5秒為佳，否則引風機升速太慢，還沒達到C工況的風量前，被試機已經運行起來了，而采集到的出風干濕球還是停止周期階段的數值，不是被試機制冷后的實際溫度，這樣就會對測試結果造成不必要的偏差，計算結果也會出現偏差。

被試機為自帶風機的風管機，停止周期時，風量測量系統的風閥需要自動控制關閉，但引風機需要延時關閉，因為被試機在得到停止指令進入停止周期前，內風機還會持續運行約幾十秒的。

(4)電能累積時間和能力累積時間

能力的累積時間只是風機開啟的這段時間，其他時間算0；軟件上應該注意，對于不帶風機的被試機，累積能力采集風機開啟的這段時間的同時，還要減去模擬風機在這6min的所耗費的電能；同時，被試機的累積耗電量=電量表直接采集的被試機累積耗電量+模擬風機的耗電量[1]。

電能的累積時間則是整個循環周期的時間，這里包括停機24min階段的被試機電路板耗電；標準中要求在被試機壓縮機開停時切換電能表量程以維持始終有0.5的精度。

(5)不帶風機類型被試機的冷量調整和功率

調整對于不帶風機的機組，測量出來的制冷量和功率要根據測量風量進行調整，EER采用調整后的冷量和功率來計算，報告中為“總冷量”和“總功率”。穩定工況下：

總冷量=實測冷量-風機能力

總功率=功率+風機能力

輔側的冷量也做同樣調整：

總冷量=實測冷量

總功率=實測功率

輔側，比如冷媒側：

冷媒側總冷量=冷媒流量*冷媒焓差*(1-含油率%)

冷媒側凈能力=冷媒側總冷量±風機能力(制熱+，制冷-)

斷續工況下，先將冷量積分出來，然后根據風機開啟的時間將風機能力積分出來，再根據穩定工況下的方法進行調整。

對于內機不自帶風機類型機，風機功率的計算應滿足下面的公式[1]。

其中，V為平均測量的以標準立方英尺/分鐘為單位表述的室內空氣體積率。

即每1000CFM標準風量算365W。

(6)靜壓箱里的取樣風機開停

通常，靜壓箱里的取樣風機是跟引風機聯動的，在D工況測試時，如果被試機停機了，排風機會關閉，那么取樣風機也停止了，這造成出風鉑電阻取樣嚴重滯后。雖然此時只采用熱電堆計算，這個問題對測試結果不會有影響，但是在對比熱電偶堆和出風鉑電阻的曲線記錄會發現，溫度的變化趨勢不一致，這是不合理的。所以，北美焓差試驗室的設計，靜壓箱內的取樣風機應該要后于引風機而停止。

(7)斷續工況中的電壓波動

根據觀察實驗知道，由于被試機在斷續工況開停過程中的電流變化，穩壓電源到被試機供電箱之間的線損會不一樣，會出現開機時被試機電壓低，電流很大，停機時電壓高的情況，這樣電壓波動就超出標準中的工況穩定允差。為保證開停機的電壓不變，設計時應該增加一個動態的電壓控制方法，即用一個PID控制儀實時監控被試機箱電壓，并始終控制該電壓為額定電壓。如果開停時，自動將電壓調整到位。這個需要電源有相應的信號輸入，這也要求了穩壓電源在選型方面需要著重注意。

3 SEER計算

3.1 計算公式

SEER是指一臺空調器在其正常的制冷使用周期內(不超過12個月)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考慮了空調在不同環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器的運行性能。

3.2 軟件計算功能的應用

用我司開發的軟件，當做完A、B、C、D四個工況測試后，即可把數據自動導入并獲得SEER和Cd系數的計算結果，如圖6；點擊下一步即可得出如圖7所示的計算結果，然后可點擊生成報告得出如表3。

圖7 用軟件得出的SEER計算結果

表3 SEER英文報表數據

EERTestB1334AVERAGECD00350PLF(05)0982SEER13107CapacityTestA532723AirFlow-Eva14710

4 結論

(1)合理的測試流程和嚴謹的試驗方法，才能做好C工況和D工況的測試，才能得出較為準確的測試報告數據。

(2)提出了在使用焓差實驗室中進行SEER測試時候要注意的測試要點，推廣SEER的測試方法以供借鑒。

(3)介紹了單速壓縮機空調器的SEER計算方法以及我司開發的快接計算工具。

(4)用實際測試經驗來解讀ANSI/AHRI Standard 210/240中的測試要求。

[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，從事制冷實驗室工作。E-mail：denbenzheng@gzlans.com

ISSN1005-9180(2017)04-018-07

TM925.12文獻標示碼A

10.3969/J.ISSN.1005-9180.2017.04.004