如何提升R32热泵型变频空调的能效？

1、试验方案          

1.1 试验方法

试验样机选用某型号圆筒柜机（一级能效机），依据GB/T 21455—2019（下文简称新国标），APF调至≥4.2，阶段各单点实测能力须大于铭牌标定额定能力的98%。由于较低频率下的电子膨胀阀可调范围较小，为了提高压缩机低频运转时电子膨胀阀的调节精度，节流组件采用电子膨胀阀外加辅助毛细管。

1.2试验室装置

焓差室系统如图1所示。

1.3试验条件

依据GB/T 21455—2019，当转速可控型房间空调器的额定制冷实测能力大于7100 W时，采用t点法；计算过程中需要分别测量额定制冷、额定中间制冷、25%额定制冷、（可选择试验：低温额定制冷、低温额定中间制冷、低温25%额定制冷），额定制热、额定中间制热、25%额定制热以及额定低温制热等7个（或10个）工况下的制冷量（制热量）及消耗功率来计算APF的值。

2、试验结果与分析          

对于热泵空调系统理论循环中压缩机的功率、换热量、排气温度计算如下。

压缩机的实际输入电功率：

2.1额定制冷工况下电子膨胀阀的开度对系统性能的影响

在额定制冷试验工况下，压缩机的给定频率和内、外机风机电机转速不变时，研究电子膨胀阀的开度对机组系统性能系数的影响。

如图2所示，随着电子膨胀阀开度逐渐增大，额定制冷量和额定功率呈现先增后减再升高的现象，而额定制冷系数EER先降低再升高，后又下降出现最高点，但总体变化幅度不大。这是因为阀体的开度增大，导致系统中制冷剂的流量增加占主导地位，系统中的制冷量和功率都逐渐增大；随着阀体开度的逐渐增大，系统中冷凝压力降低，蒸发压力升高，蒸发器的换热温度差降低，此时系统的压缩比降低占主导地位，系统的功率和制冷量都有所下降，功率的下降幅度高于制冷量的下降幅度，所以EER升高。但阀体步伐开到一定程度后系统中的制冷剂流量逐渐增大，导致功率和制冷量再度上升，功率的上升幅度大于额定制冷量的上升幅度，系统的EER再次出现下降趋势。

2.2额定中间制冷工况下电子膨胀阀开度对系统性能的影响

在额定制冷试验工况下，压缩机保持最优的低频率，内、外机电机转速不变，调节电子膨胀的开度。

如图3所示，随着电子膨胀阀开度在一定范围内逐渐增大，额定中间制冷量逐渐下降，额定中间功率都是先逐渐减少再有所回升，系统中冷凝器出口的温度几乎不变，排气温度逐渐降低。此时系统的压缩比下降占主导地位，蒸发器和冷凝器中的制冷剂液体含量较多，蒸发器和冷凝器的换热效率较低，系统的压缩下降占主导地位，所以额定中间消耗功率和额定中间制冷量都有所下降，系统中额定中间制冷系数EER _haf 变化较小，总体趋势下降。

2.3额定制热工况下电子膨胀阀开度对系统性能的影响

在额定制热试验工况下，压缩机处于最优频率且内、外机电机转速不变时，调节电子膨胀的开度。

如图4所示，随着电子膨胀开度逐渐增大，额定制热量和额定功率逐渐下降，系统的排气温度逐渐降低，蒸发器出口温度逐渐上升。此时系统的压缩比下降占主导地位，系统的功率和制热量都有所下降，但制热额定功率下降幅度较大，所以系统中额定制热系数COP逐渐升高。随着电子膨胀阀的开度再次增加，额定制热量下降幅度增大，系统的COP将有所降低。

2.4额定中间制热工况下电子膨胀阀开度对系统性能的影响

如图5所示，在额定制热工况下，压缩机处于低频率且内外机电机转速不变时，随着电子膨胀开度逐渐增大，额定中间制热量和额定中间功率逐渐下降，系统的排气温度逐渐降低，蒸发器出口温度逐渐上升，这是因为系统的压缩比下降占主导地位。在此过程中制热额定功率下降幅度较大，系统中额定中间制热系数COP _hat 总体升高。

3、各试验工况下单点实测值对系统APF的影响          

通过正交计算各组试验数据得出最高的制冷季节能源消耗率SEER、制热季节能源消耗率HSPF以及全年能源消耗率APF，且各试验工况下均有最优电子膨胀阀开度，见表1。

3.1额定制冷工况下制冷量和消耗功率对系统APF的影响

由于机组是变频热泵型，各试验工况下调试的参数点相互独立不受影响，改变室外风机转速来增加或降低系统的制冷量和耗功率，测得数据并计算得到APF值，见表2，3。从表2，3可看出，在额定制冷工况下，其它工况下单点实测最优值不变，额定制冷工况下，保持额定制冷和额定中间制冷相应的最优的频率和膨胀阀开度不变，降低室外风机转速，实测到相同的EER时，额定制冷量降低31.6 W，降低率0.44%，额定消耗功率减少9.2 W，减少率0.5%，此时APF升高0.01，所以在保证单点能力满足设计需求时，相同的EER下，应选择功率和换热量较小的那组数据，其APF为最优；同时也表明，在额定制冷工况下，额定制冷消耗功率对APF的影响较大。对于额定中间制冷工况，在相同的EER _haf 和SEER下，应选取最大的额定中间制冷量来保满足性能参数的设计要求。

3.2额定制热工况下制热量和消耗功率对系统APF的影响

在其它工况下单点实测最优值不变，额定制热工况下，内、外机风机转速不变，改变压缩机运转频率和电子膨胀阀开度，在满足单点制热能力的情况下，实测到不同COP和相同的APF，见表4。

由表中数据可见，COP值最高时系统APF值并非是最优，第3组额定制热量相对于第2组额定制热量增加了265.4 W，提升了2.92%；额定制热消耗功率增加了134.7 W，提高了5.1%，虽然3组数据所计算出的APF值相同，但是第3组数据所计算出HSPF值最高，所以在调试额定制热试验时，应尽量提高系统的额定制热量，才能得出更高APF值。

3.3实测低温额定制冷试验对系统APF的影响

在保持表1中最优数据不变，系统在最优额定制冷、中间制冷、25%额定制冷状态下，实测低温额定制冷量和消耗功率等性能参数来计算APF值，见表5。从表5可见，实测数据并计算得到的APF值比表1中最优APF值高0.2。

4、结论          

（1）在试验工况稳定情况下，增加电子膨胀阀的开度，系统的额定制冷量有所提高，但额定中间制冷量、额定制热量、额定中间制热量都下降；对系统的EER和COP影响较小，对系统的EER _haf 和COP _haf 影响较大。

（2）额定制冷工况下，额定制冷消耗功率相对于额定制冷量对APF的影响较大，相同的EER下，应选择额定消耗功率较小的数据时，其APF值为最优。对于额定中间制冷，在相同EER _haf 和SEER下，应选取最大的额定中间制冷量来保证系统在该状态点下有足够的制冷量。

（3）在额定制热时，系统的COP最高对应的APF值并非最大值。在调试额定制热试验时，应尽量提高系统的额定制热量，这样才能得到最优APF值。

（4）在实测最小制冷和最小制热满足单点能力要求的情况下，应选取最大的制冷系数和制热系数来计算相应的APF值。同时实测低温制冷试验所得各性能参数有助于APF值的提高。