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石文星:中国的多联机技术与标准发展

发布日期:2018-04-27 20:48:33 来源: 作者:

  石文星教授多年来致力于热泵技术的研发工作,也因对多联机在中国应用领域的技术性研究,参与了多项多联机国家标准的起草和修订工作。最近,行业内有关多联机技术标准修订及APF性能评价体系的引入成为一个热点话题,为此记者联系了石文星教授,特别感谢他在忙碌的教学和科研工作中抽出宝贵时间,为网友系统细致地介绍了有关多联机技术发展、标准修订及APF带来的影响等相关技术内容。

  记者:我们都知道多联机技术在中国的发展突飞猛进,多联机产品市场的增长非常可观的,请您概述介绍一下目前我国多联机产品的应用情况以及近些年来的发展,尤其是在产品技术方面的进步体现在哪些方面,此项技术未来发展的趋势如何?

  石文星:多联机可以认为是一种多室内机的房间空调器。从原理上看,它属于直接蒸发式空调系统,勿需输配系统,通过变容调节,其具有优异的部分负荷性能和变工况性能;从使用上看,它室内机独立控制、使用灵活,自带控制系统,勿需专门的运行管理人员,且易于实现行为节能;从投资上看,它采用制冷剂直接输配冷热量故占用安装空间小,有时也可不设室外机专用机房,且可分期建设、分期投资。如果多联机系统设计、应用合理,则是一种很好的节能型空调系统形式。因此,近年来多联机系统得到迅猛的发展,目前已成为非常活跃的中央空调系统形式之一。

  2013年商用空调市场规模的统计数据尚没有公布,但从2010年至2012年的统计数据可以看出:目前,冷水机组和多联机的市场份额均大于30%,其中多联机的市场占有率逐年增加,其产值每年的增长率都约20%,说明多联机这类系统已得到市场的充分认同。

  自1982年日本大金公司推出多联机系统方案之后,日本各大空调企业都迅速推出了相应的产品,极大地推动了多联机的技术进步。目前多联机技术主要集中在日本、韩国和中国三个国家。我国的多联机产业起步较晚,是从1998年左右才开始自主研发,虽然才15年左右的历史,但我国的主要企业,如美的、格力、海尔等投入的研发成本,培养和引进了大量的优秀人才,使我国多联机的总体技术水平达到国际同行水平,并同在国际市场上竞争。近年来随着国内企业逐渐掌握了多联机的核心技术,并拥有了大量自主知识产权技术,其发展速度更为迅猛,很多企业的多联机市场份额逐年攀升,正在逐步追赶雄踞前两位的大金和日立公司。

  多联机从产品研发、工程应用到运行管理各个环节都有其关键技术问题。

  (1)产品研发:多联机产品的研发涉及到制冷系统技术、模拟仿真技术和电子技术三大技术领域,这些技术包括制冷、空调、计算机、自动控制、网络、通讯、电机、电子、机械等领域,是一个综合难度很高的技术,是一项艰巨复杂但又非常有意义的系统工程,被认为是制冷空调技术的制高点。在产品研发阶段的关键技术除了压缩机的驱动和制冷剂分配控制外,更为重要的技术问题在于制冷系统的优化设计与优化控制问题。欲研发出高效、可靠的多联机产品,则必须探明复杂制冷系统的稳态特性和动态特性,明确制冷剂的动态迁移特性,故必须对多联机系统进行模拟仿真和实验研究。

  (2)工程应用:工程应用主要是指针对具体建筑的多联机系统的设计和安装过程。多联机系统的设计不仅仅是将多联机布置在建筑中即可,而需要根据建筑的负荷特征和多联机的运行特性,对建筑进行合理分区,以保证每套多联机系统能够尽可能高效地运行;更为重要的是,多联机是依靠制冷剂作为能量的输配介质,且制冷剂中含有一定的润滑油,故保证制冷剂的合理分配和润滑油安全返回是极为重要的问题。因此,多联机系统的设计和安装至关重要,不仅关于到系统的能效高低,而且关系到系统的安全运行。多联式系统的设计与安装是多联机产品应用过程中的两个重要环节,系统设计是产品设计的延伸,系统安装是产品制造的扩展。为规范多联机系统的设计与安装,必须开展系统特性模拟,总结实际设计经验,形成工程设计和安装规范,以保证系统的可靠、高效运行。

  (3)运行管理:在运行管理阶段,需通过实际运行效果来检验多联机产品的可靠性和系统设计的合理性,并检验产品和系统的运行性能。

  到目前为止,各多联机厂家已在上述三个环节开展了大量的研发工作,大力推进了多联机行业的发展。今后尚需在新系统设计、系统仿真、故障诊断和现场性能测试方面开展工作,以推动多联机系统整体技术的提升。

  关于多联机的标准建设

  记者:目前多联机的相关标准有哪些?国际上对于多联机标准的主要不同点体现在哪些方面?我国的GB/T18837-2002施行多年来,遇到哪些问题?

  石文星:构建多联机标准体系是保证多联机产业健康发展的必要条件。我国的多联机产业虽然起步比日本晚,但从标准体系建设方面来看,我国是多联机标准体系建立最为完善的国家。

  我国的多联机标准主要分为三类:产品标准、产品的能效标准和产品应用标准。

  (1)产品标准:包括GB/T 18837-2002《多联式空调(热泵)机组》、GB/T 22069-2008《燃气发动机驱动空调(热泵)机组》和GB/T 25857-2010《低环境温度空气源多联式热泵(空调)机组》。GB/T 18837-2002适用于常规风冷式多联机产品,GB/T 25857-2010适用于北方地区使用的空气源热泵多联机产品,GB/T 22069-2008适用于由燃气发动机驱动的风冷式多联机产品。三部标准基本覆盖了现行产品,目前正在针对多联机的一些衍生产品,如利用冷凝热回收制备生活热水和冬季采用地板辐射采暖的多联机产品制定行业标准。

  (2)能效标准:GB 21454-2008《多联式空调(热泵)机组能效限定值及能源效率等级》是针对GB/T 18837-2002所述风冷式多联机产品的能效标准,是我国终端用电产品能效标准之一。

  (3)应用标准:我国多联机产品的应用标准有一部行业标准JGJ 174-2010《多联机空调系统工程技术规程》和一部国家标准GB/T 27941-2011《多联式空调(热泵)机组应用设计与安装要求》,这两部行业标准为我国多联机产品的应用提供了重要依据。此外,在GB50189《公共建筑节能设计标准》等建筑设计标准中也有对机组性能要求方面的条款。

  记者:4年时间的研究,相信新标准应该更加充分考虑了各方面的因素,请您介绍一下此次修订的过程,以及此修订标准与现行的GB/T 18837-2002标准的主要区别。

  石文星:这次标准的修订是在充分研究现行标准在执行过程的优势和不足前提下进行的。由于多联机产业巨大,标准起草对行业的发展至关重要,故起草组非常慎重,并进行了深入细致的研究、起草工作。

  1、关于标准起草工作,可以从以下几个方面可以看出本次修订工作的严谨性。

  (1)组建了包含全国近30家的多联机主要研究机构和国内外生产研发企业在内的标准起草组。

  (2)成立了 "多联式空调(热泵)机组性能评价体系研究" 项目工作组,其成员基本覆盖了起草组的主要研究机构和国内外生产研发企业,开展了近3年的实验研究、数据调研和模拟仿真等工作,形成了多联机性能评价体系和产品分类体系的研究报告;

  (3)邀请美国、日本、中国的多联机标准起草专家,召开了"多联式空调(热泵)机组性能评价国际研讨会",对多联机性能评价方法进行了深入的研讨;

  (4)召开了5次标准起草研讨会,对标准研发过程的关键问题和行业反馈意见进行讨论,以推进标准起草工作的顺利进行;

  (5)由起草单位进行了30余台套多联机的全工况(制冷与自热)实验、除霜实验、待机能耗实验;

  (6)通过杂志和网上发布标准《征求意见稿》,获得了70余条意见和建议,起草组一一核实处理;

  (7)2013年11月召开了标准审查会,最终于2013年12月形成了标准报批稿。一般的标准起草流程,除了标准《草稿》、《讨论稿》外,都是"三稿定案"(《征求意见稿》、《送审稿》、《报批稿》),而这部标准是"五稿定案"(《征求意见稿》、《征求意见修改稿》、《送审讨论稿》、《送审稿》、《报批稿》)。可见,GB/T 18837-2002标准的修订付出了起草组的多少艰苦和努力。

  2、关于新标准与现行标准GB/T 18837-2002的主要区别在于以下几个方面:

  (1)标准的适用范围有变化。现行标准GB/T 18837-2002仅适用于T1气候类型的风冷式机组,而新标准扩大至T1气候类型的风冷式机组、水冷式机组以及同时制冷与制热的热回收型机组,且T2、T3气候类型的机组也可参考执行。

  (2)多联机的性能评价体系有变化。为保证标准体系的延续性,并与国际标准接轨,本次标准修订最大的特点是对各类多联机的评价体系进行了调整和完善,以消除现行标准中IPLV指标中存在的不足。新标准规定,风冷式机组采用全年性能系数APF(针对热泵型)或制冷季节能效比SEER(针对单冷型)取代现行标准的综合部分负荷性能系数IPLV对产品性能进行评价。对于水冷式多联机组,由于水源的不同,机组的评价工况也不同,但由于水源极为复杂,故本次修订时仅对制冷季节给出了IPLV(C)的评价指标,其制热性能仅采用名义工况性能指标进行评价。今后可根据对水冷式机组的发展和研究的深入进行补充和完善。

  值得注意的是,无论是APF(包括SEER)体系,还是IPLV体系,其核心思想相同,均是希望用相同的基准来衡量不同产品的季节运行性能,是反映不同机组在对应典型气象条件、对应典型建筑负荷和对应运行作息时间条件下的运行性能优劣。当这些条件均相同时,APF和IPLV体系应具有一致性。由于不同类型机组规定的上述条件和构成环节(如:是否包括能量输配系统)存在差异,故尽管采用了相同的指标体系,但其指标的数值大小也不具有可比性;对于同一台产品采用不同标准来评价时,尽管其标准体系相同,但其数值大小也有一定的差别,例如采用GB/T 18837报批稿规定方法获得的APF(或SEER)数值与日本标准JIS B 8616- 2006、ISO标准ISO 15042以及欧洲标准SEERon/SCOPon的数值也不一定相同,故在说明或标注产品性能指标时应给出其对应的评价标准。

  (3)增加了一种多联机的连接方式。总结多联机在实际应用中的系统连接形式,补充了一种性能测试时室内、外机的连接方式,使得测试工况更为接近实际使用情况。

  (4)增加了多联机性能测试时对室内机的组合方式和开机状态的要求和规定。在现行标准中未明确性能测试时的室内机的开启状态,而在制定多联机能效标准GB 21454-2008时给出了明确的开启状态,但在采用APF(包括SEER)体系性能指标时,其开启状态和组合方式对数值大小有直接的影响,故给出了明确的规定和要求。

  (5)增加了风冷多联式空调(热泵)机组稳态和非稳态制热性能的测试要求。风冷式机组在制热运行时往往会出现结霜、除霜运行,是一个典型的非稳态过程,为此,规定其性能测试方法是保证数据一致性的重要条件,故新标准对此进行了详细的规定。

  (6)增加了多联式空调(热泵)机组待机功率的测试要求。新标准将待机功率作为性能指标提出了要求,但只给出了提出明示值的要求,尚未给定具体的指标要求,随着技术的发展,未来有可能将待机功率限定值作为其性能评价指标之一。

  (7)增加了室内外机连接管长度对多联机性能参数影响程度的测试方法的资料性附录,为了向暖通空调工程师提供系统设计的依据,提供室内外机连接管长度对多联机性能参数影响程度的修正系数公式或表格是必要的,故新标准对管道长度修正系数的测试方法给出了具体规定。当然新标准的更新内容不仅仅包含上述内容,还有一些细节有所变化,请相关人员认真研读此后正式发布的产品标准。

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