多联机系统的性能评价文献综述

1、 多联机系统的性能评价文献综述小组成员：何所谓 顾笑伟 马东 郑以翔 张明创摘要 本文着重介绍了APF评价体系以及IPLV体系，并对两种体系进行了比较。其中APF 评价体系在日本的单元式空气调节机中应用十分广泛，而中韩的多联机性能评价多采用IPLV体系。无论采用哪种指标，其核心都必须研究三个本质问题：1)典型建筑的冷热负荷分布(或曲线)；2)多联机在典型建筑中的制冷与制热运行时间分布；3)多联机的部分负荷性能及其测试方法。关键词 多联机系统性能评价 APE体系 IPLV体系Literature review of the performance evaluation of VRV system

2、ABSTRACT This article highlights the APF evaluation system and IPLV system, and the two systems are compared. Which APF evaluation system in Japanese unit air conditioner is widely used. China and South Korea are more likely to use IPLV system. No matter what kind of index, its core must study the t

3、hree essential issues: 1)distribution of heat and cold load (or curve) of a typical building; 2) The time distribution of refrigeration and heating operation in typical buildings; 3) Part load performance and test method for VRV. KEY WORDS the performance evaluation of VRV system; APE; IPLV1 引言多联式空调

4、(热泵)系统(简称：多联机)是一类变容量调节风冷式直接蒸发式空调系统，目前已成为中、小型商用和民用建筑最为活跃的中央空调系统形式之一。虽然多联机于1982年起源于日本，但其产品标准制定却经历了相当曲折的过程，直到2006年才形成其行业标准JRA 4048；而我国多联机从20世纪90年代后期才开始起步，但其产业发展非常迅速，至2006年我国多联机的年产值已达100亿元人民币，早在2002年我国就制定了多联机产品国家标准GB/T 18837，对于规范行业行为，促进产品技术进步起到了重要作用，并得到世界各国的关注。然而随着多联机的应用越来越广泛 , 随之各种各样的问题也不断地出现，例如机组容量越来越

5、大、系统管路越来越长、室内外机高差越来越大、安装环境越来越苛刻， 导致系统运行不稳定、系统能力衰减等等问题。本文着重介绍了多联机系统性能评价的APF体系及IPLV体系。2 当前多联机系统性能评价指标 空调制冷设备需在名义工况下经过试验检验其运行性能，此时的性能指标就是名义性能指标。名义性能指标主要包括名义制冷（热）量，名义制冷（热）消耗功率，名义制冷能效比 EER 和名义制热性能系数 COP。 空调热泵装置在不同的使用条件下（即运行工况和建筑负荷发生时）体现出的性能则为其全工况性能（包括名义工况性能、变工况性能和部分负荷性能）。为描述产品在整个制冷、制热季节或全年的综合运行性能，可以采用基于抽

6、象出的建筑负荷模型、空调使用时间模型和产品性能模型给出的季节运行性能评价指标。随着变频制冷设备的逐步普及，名义性能值已经不能科学准确的反映产品的性能优劣。尤其对于多联机，采用季节性能评价指标评价多联机更为合理，也是世界发展的趋势。目前，不同国家或组织对不同产品采用的指标体系不完全一致，主要采用的指标如下： （1）制冷季节性能评价指标：季节能效比 SEER（seasonal energy efficiency ratio）、制冷季节性能系数 CSPF(cooling seasonal performance factor)、制冷综合部分负荷性能系数 IPLV(C) (cooling season

7、al) integrated part load value、综合能源利用效率 IEER（Integrated Energy Efficiency Ratio）等。 （2）制热季节性能评价指标：季节性能系数 SCOP（seasonal coefficient of performance）、制热季节性能系数 HSPF（heating seasonal performance factor）、制热综合部分负荷性能系数 IPLV(H) (heating seasonal) integrated part load value 等。 （3）全年性能评价指标：目前主要采用全年运行综合性能系数 APF（

8、annual performance factor）指标。 以上季节性能评价指标可以分为两类：APF(Annual Performance Factor)体系和IPLV（Integrated Part-Load Value）体系。SEER、SCOP、CSPF、HSPF、APF 等性能评价方法都属于 APF 体系；而 IPLV 和 IEER 性能评价方法均可归类为 IPLV 体系。 2.1 APF体系 APF 体系的性能指标的物理意义是一定时期内总制冷（热）量与能耗总量之比，包括EER、SCOP、CSPF、HSPF、APF等指标。 以 GB/T 17758-2010 中的 SEER 为例， 其中

9、，制冷季节的总制冷量和消耗电力总量是通过简化的机组运行时间模型、建筑负荷模型和机组性能模型计算得出的。 图1 室内机连续控制多联机部分符合特性模拟 图2 CSPF评价用典型建筑负荷和多联机性能模拟 APF 评价体系在日本的单元式空气调节机中应用十分广泛。日本的多联机标准包含在单元式空气调节机标准内。规定在名义制冷量小于28kW时采用2台和1台满负荷运行的室内机分别测量其名义制冷能力cr和中间制冷能力cm(称为1/2能力)及其耗电量Pcr和Pcm，即以“2点法”测量多联机的性能。以图1为例，标定工况点为tout=tb=35的性能域中E35、C35两点(室内干/湿球温度=27/19，与图2中实心圆

10、点对应) ，再通过变工况特性修正系数(如：cr(29) / cr=cm(29) / cm=1.015，Pcr(29) / Pcr=Pcm(29) / Pcm=0.94，这些修正系数是基于日本产品统计平均得出的)计算出tout=tc0=29时的制冷量和耗电量(图6中的空心圆点)，并考虑低负荷率时压缩机的启停损失，构造多联机的c(tj)和Pc(tj)模型，结合典型建筑的负荷曲线BLc(tj)和各室外温度tj下的运行时间分布nj，计算出多联机的制冷季节性能系数CSPF(或SEER)。即式中： CSTL制冷季节的总制冷量(Kwh)； CSTE制冷季节的总耗电量(kWh)。该方法的优缺点：（1） 该方法

11、测试方法简单、适用。在同一室外温度(35)下测量名义制冷能力、中间制冷能力及其耗电量Pcr和Pcm，利用变工况特性修正系数即可换算出29时制冷量和耗功率。因此该方法有利于缩短测试工况的制备时间，减少测试工作量；（2） 完全借鉴变频空调器的SEER测试方法，将多联机假想为一拖二的变频空调器，通过两个工况点的测量值和变工况特性修正系数来描述多联机的变工况和部分负荷性能，由于多联机的部分负荷具有三种类型：1)全部或部分室内机满负荷运行(另一部分停机)，2)所有室内机均为部分负荷运行，3)部分室内机满负荷运行部分室内机部分负荷运行或停机。而此种计算只考虑了部分负荷中的1）部分，未考虑2）、3)部分，因

12、此与实际有偏差。（3） 该做法利用间接(换算)方法测量29时的性能不可能体现各台产品之间的差异，而且仅考虑35和29两个温度点，难以反映产品大范围的变工况运行性能和技术水平的差别。 日本的专家学者对 APF 评价体系开展了很多研究工作。部分日本学者通过对多联机进行多工况实测，并结合东京气象参数及典型建筑负荷模型，计算多联机制冷与制热的季节能效比，并与 JIS B 8616: 2006 标准规定方法获得的季节能效比计算值进行比较，指出基于 JIS B 8616: 2006 的制冷“两点法”和制热“三点法”测量结果计算出的制冷季节耗电量偏小（或 CSPF 偏大）10%，制热季节耗电量偏小（或 HS

13、PF 偏大）30%，进而提出了制冷与制热均采用新的“三点法”测量方案。 清华大学的石文星对采用全年能源消耗效率 APF 评价单元式空气调节机中的问题进行了研究，指出影响 APF 大小的因素除空调机自身性能参数外，还包括“建筑负荷线”和“空调机的使用小时数分布”。提出了办公建筑、租赁商铺的制冷与制热负荷线的确定方法，模拟计算出了 33 个省会城市的办公建筑和办公建筑的制冷与制热发生时间小时数分布及其小时数百分率分布。2.2 IPLV体系 IPLV 体系中的性能指标是若干个（一般为 4 个）工况点下的能效比的加权求和值。其中，m为测试工况点的数量；Ai为在负荷率i及其相应的测试工况下空调热泵装置的

14、制冷性能系数COPc或制热性能系数COPh；ai为负荷率i时空调热泵装置的COPc、COPh的权重系数，与负荷率的运行时间有关。 针对 IPLV评价体系，目前形成了反对与支持两种观点。分歧的核心问题是 IPLV 是否能够反映冷水机组实际运行的性能。反对的一方认为：大多数制冷机房内都有多台冷水机组联合控制，冷水机组的负荷率与建筑负荷率不是同步变化，IPLV 公式的推导过程并未考虑这种情况，故 IPLV 不适用于制冷机房中有多台机组的情况。另外，部分学者认为对于单台冷水机组，全年耗电量也不一定与 IPLV 呈负相关关系。支持的一方认为：IPLV 是反映单台冷水机组负荷调节能力特性的重要指标，不适用

15、于多台机组；多台机组联合运行可以采用优化群控方案，但这并不能否定 IPLV 的意义。约克公司认为冷水机组的能效比主要由环境温度决定，负荷率影响不大，故无论制冷机房中有多少台机组，IPLV 都是适用的。 国内学者刘圣春、马一太等认为APF(SEER )和 IPLV 的出发点是一致的，其数学原理也相似，调控手段虽各不相同，但其循环参数和变化是相同的，两者的本质应该是统一的。但张明圣撰文反驳这种观点，认为APF(SEER )和 IPLV 评价的对象的使用建筑物不同，使用时段不同，热源也不同，因此不具有可比性，更不能建立数学联系. . 就目前来说，中韩的多联机性能评价多采用该指标。主要是通过改变满负荷

16、运行的室内机台数来测量多联机在4种负荷率LRi（其中1、2、3、4分别代表100、75、50和25）下的COPi，进而根据给定的各部分负荷率LRi下的部分符合系数PLFi计算出多联机的IP绿（C).即 该种方法与日本采用的方法相比：1)针对4个负荷率测试多联机的性能，更能准确地描述多联机的部分负荷性能、反映多联机的技术水平；将夏季平均室外温度(tout=27)作为制冷运行时的室外侧测试工况，可以缩短多联机性能测试时间，提高测试效率；2)与日本标准类似，只考虑了多联机的第1)类部分负荷；3)用恒定室外温度(tout=27)条件下测试的各部分负荷率下的COPi来计算IPLV(C)，而未对外温变化对

17、系统性能的定量影响加以修正，故这些COPi与典型建筑的PLFi不相匹配，故难以客观反映多联机的实际运行性能。 针对IPLV存在的问题，学者提出了相应的修正方案。周辉在博士论文中提出了用于评价中国公共建筑中冷水机组的 IPLV 指标，他对我国不同地区、不同类型建筑的负荷分布和气象条件进行了统计，借鉴美国ARI 标准 IPLV 指标的构造原理，构造出了适合中国国情的 IPLV 计算公式。王嘉、韩林俊针对低环境温度空气源热泵（冷水）机组标准制定中的制热综合部分负荷性能系数 IPLV(H)的评价方法进行研究。根据 IPLV 的评价思想，结合我国寒冷地区气象条件和典型建筑的负荷特性，通过数据统计和理论分

18、析，给出了适用于我国寒冷地区的低温热泵 IPLV(H)计算公式。 3 总结 （1）用季节性能指标评价多联机的全工况性能已成为行业共识，其评价方法对产品全工况性能的提高具有极大的推动作用。 （2）目前的研究工作主要集中在如何应用季节性能指标去评价特定的制冷设备，而对各种季节性能指标的原理和本质缺乏系统的研究，缺乏性能评价研究工作的统一思路，很难去指导新功能产品的性能评价方法的制定。 （3）业界对联机的性能评价采用 IPLV 体系和 APF 体系的科学性和合理性均提出了不同程度的质疑，但对如何完善季节性能评价方法，尚没有提出被广泛接受的解决方案。多联机的性能指标有很多，各国标准采用的指标和方法也各

19、不相同，这些方法在本质上有哪些异同，哪种方法更加科学精确，还没有定论 。因此，揭示季节性能指标的本质、确立季节性能评价指标的原则，并进行工程实践，对于完善现有标准和制定新产品标准都有重要的理论意义和工程应用价值。 4 参考文献1 石文星，赵伟，王宝龙. 论多联式空调(热泵)系统的季节性能评价方法J. 制冷与空调. 2011,11(1):10-172 石文星，王宝龙，李先庭. 多联机空调系统适应性研究报告R. 中国制冷空调工业协会专项研究项目. 2007.(Shi W X, Wang B L, Li X T, et al. Research report on the application of the Multi-connected Air-Condition system R. 中国制冷空调工业协会专项研究项目，2007.)3 石文星，颜承初，赵伟. 单元式空气调节机APF性能评价相关问题研究J. 冷冻空调标准与检测. 2006, (6): 4-334 吴成斌，石文星，李先庭.一种冷水机组季节性能评价新指标与多台机组联合运行性能评价J. 暖通空调. 2012(08)5 石文星，邵