我国房间空调器的能效指标经历了能效比 (EER) /性能系数 (COP) 、季节能效比 (SEER) 以及全年性能系数 (APF) 的演变过程。其中EER/COP指标仅仅由单个工况点的测试数据计算得到, 不能反映空调器在不同工况下的能效水平。空调器产品标准GB/T 7725—2004《房间空气调节器》将全年性能系数 (APF) 作为房间空调器的能效指标[1], 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》规定了按照APF划分空调器能效等级的方法, 更新了一些APF的计算参数[2]。其中APF是通过多个工况点的制冷 (热) 能力与输入功率计算得到的, 与之前的评价标准相比, 更具科学性和准确性。

　　 目前采用APF作为房间空调器能效评价标准的国家主要有中国和日本。日本标准JIS C9612—2013《房间空气调节器》中也给出了APF的相关计算方法[3], 总体而言, 与中国的计算方法大同小异, 只是中日两国标准中空调器的不同温度发生和使用时间存在差异, 从而导致同样的空调器计算得到的APF值不同。

　　 中国APF计算方法从2004年之后, 除了对不同环境运行时间进行修改外, 基本没有变化, 但是空调器却发生了很大变化。尤其是随着变频技术及空调技术的发展, 现有转速可控型房间空气调节器 (即变频空调器) 运行范围更宽、调节范围更广。因此, 有必要针对APF的计算方法作一些反思, 探讨其是否需要进行改进。

　　 APF表示空调器在制冷季节和制热季节期间, 从室内空气除去的冷量与送入热量之和与同期消耗总电量的比值。其计算公式如下:

　　 式中C_L为全年制冷总负荷, kW·h;H_L为全年制热总负荷, kW·h;C_E为全年空调制冷消耗总电量, kW·h;H_E为全年空调制热消耗总电量, kW·h。

　　 在进行变频空调器APF计算时, 根据环境温度进行分类。表1给出了不同标准采用的制冷和制热工况室外环境各温度发生时间。目前中国APF计算方法采用GB 21455—2013的工况条件, 而借用GB/T 7725—2004的计算公式。

　　 在制冷工况下, GB/T 7725—2004中APF计算方法根据环境温度不同, 将计算过程分为三部分进行:1) 空调器在额定中间制冷能力以下连续可变运转时 (t_j≤t_c) (t_j为环境温度, t_c为房间冷负荷与额定中间制冷能力达到均衡时的温度) ;2) 空调器在额定中间制冷能力与额定制冷能力之间运转时 (t_c≤t_j≤t_b) (t_b为房间冷负荷与额定制冷能力达到均衡时的温度, 即35℃) ;3) 空调器以额定制冷能力连续运转时 (t_b=35℃≤t_j) 。在制热工况下, 也类似地分为几部分分别进行近似计算。

　　 在计算中, 对于制冷工况情况3) , 近似基于一个假设条件———额定制冷能力为空调器能够输出的最大制冷能力, 所以才会在t_b=35℃≤t_j时假设空调器以额定制冷能力连续运转。随着变频技术及空调技术的发展, 现有变频空调器运行范围更宽、调节范围更广, 额定制冷能力并不是其能输出的最大制冷能力。变频空调器的额定制冷频率普遍在60Hz左右, 而额定工况下的最大制冷频率往往能超过90Hz, 使得空调器最大制冷能力远远超过其额定制冷能力。额定制冷能力为3 500 W的变频空调器, 有些最大制冷能力甚至可以超过4 500 W, 远高于其额定制冷标称值, 这也是变频空调器与定频空调器相比能够快速实现制冷的原因。由此可见, GB/T 7725—2004中APF计算方法对于制冷工况情况3) 的假设在目前已经不再适用。

　　 日本标准JIS C 9612—2013中也区分了制冷工况情况3) , 其计算方法与GB/T 7725—2004相同, 但是通过表1可见, 其制冷工况下t_j>35℃的运行时间为0, 而GB 21455—2013中t_j>35℃的运行时间不为0。国际标准ISO 16358-2:2013[4]中也不存在t_j>35℃的运行时间。由此可见, 制冷工况情况3) 假设已不适用的情况只会影响到中国APF计算方法的准确性, 日本标准和国际标准的APF计算方法虽然同样存在问题, 但由于其在存在问题的温度区间没有发生时间, 所以其APF值的准确性不受影响。

　　 根据目前变频空调器的实际情况, 在制冷工况情况3) 下, 应该采用与制冷工况情况2) 相同的计算方法:制冷能力等于房间冷负荷, 而EER可以线性近似。也就是说空调器在t_c≤t_j时均为频率连续可变运行, 其计算方法为

　　 式 (2) , (3) 中P_cm2为此工况下的制冷运行耗电量, kW·h;BL_c (t_j) 为此工况下的房间冷负荷, kW;n_j为此工况下的运行时间, h;E_cm2 (t_j) 为此工况下EER的计算值;E_cm (t_c) 为额定中间制冷能力的EER测量值;E_c2 (t_b) 为额定制冷能力的EER测量值。

　　 在制热工况下, 由于额定制热能力往往比额定制冷能力高, 且中国空调器普遍存在电辅热装置, 情况比较复杂, 故基本可以认为制热工况下的计算方法是较符合目前空调器状况的。

　　 以文献[5]中变频空调器的数据为例, 说明计算方法差异所带来的偏差。按照两点法, 其原始测量数据如表2所示。根据目前APF计算方法, 此机型APF计算值为4.21, 制冷工况下的详细计算参数如表3所示。

　　 随环境温度变化空调器EER、制冷功率和制冷量的变化情况如图1所示。可明显看出:在环境温度高于35℃情况下, 制冷量是衰减的, 这与目前空调器实际情况并不一致。

　　 根据本文提出的方法进行APF计算, 其详细计算参数如表4所示。

　　 此时, 随环境温度变化, 空调器EER、制冷功率和制冷量的变化情况如图2所示。可以明显看出:空调器在环境温度高于35℃情况下, 制冷量不衰减, EER下降, 制冷功率迅速升高, 这与目前空调器实际情况一致。此时, 计算得到APF=4.18。

　　 对比可见, 采用本文建议的APF计算方法, 与原方法相比, APF值略有降低, 但偏差较小, 变化量不超过原值的1%。本方法对目前空调器产品评价体系不会有较大影响, 现有产品能效等级基本不会变化, 但在理论上保证了我国APF评价标准的准确性和科学性。

　　 1) 目前中国标准中的变频空调器APF计算方法, 在环境温度超过35℃时的计算结果与空调器实际情况偏差较大。因此在环境温度高于35℃情况下, 应该按照制冷量不衰减、EER线性下降、制冷功率迅速升高近似求解。

　　 2) JIS C 9612—2013和ISO 16358-2:2013中无环境温度高于35℃的情况, 所以虽然其计算方法同样存在问题, 但其计算值准确性不受影响。

　　 3) 本文建议的APF计算方法, 会使APF值略有降低, 变化量不超过原值的1%, 现有产品能效等级基本不变, 但在理论上保证了我国APF评价标准的准确性和科学性。

　　 本文主要针对APF两点法机型进行了分析, 对于APF三点法计算的机型, 在下一步的研究工作中同样需要进行分析;另外, 制热工况下的分析是一个更复杂、更难的问题。随着空调器研究人员对评价标准认识的日渐深刻, 中国房间空调器的评价标准将更科学、更准确。