加热和冷却设备的性能指标

迈克尔·托拜厄斯
作者:迈克尔·托拜厄斯
2021年6月11日
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    许多数字指标已被发展来描述的性能加热和冷却设备,它们为比较产品提供了可靠的依据。这些指标还允许快速估算特定设备的运行成本。

    当比较暖通空调根据设备的性能指标,有两个主要的指导方针要考虑:

    • 不同的指标不能相互比较。例如,两个具有SEER等级的空调机组可以直接进行比较,但如果一个具有SEER等级而另一个具有COP(性能系数)则不可能进行比较。在这种情况下,必须在比较前对其中一个值进行比较。
    • 当无法将一种度量标准转换为另一种度量标准时,可以根据运行成本的估计对设备进行比较。例如,以燃烧为基础的器具通常有一个AFUE(年度燃料利用效率)值。AFUE不适用于用电的加热设备,因此必须基于成本进行比较。

    关于加热和冷却设备的运营成本,请记住,性能指标仅提供估计。为了进行精确的冷热负荷分析,有必要进行能源建模,其中考虑了诸如年度天气状况、运行计划和建筑围护结构条件等几个因素。

    能源效率比(EER)和季节能源效率比(SEER)

    EER和SEER用于空调设备,它们都代表了以BTU计算的制冷输出与以瓦特小时计算的加热输入的比值。该指标也可用于能够在冷却模式下运行的热泵。

    虽然EER和SEER都有每瓦特小时BTU的单位,但在如何确定每个值上有重要的区别;只有用相同的指标报告效率时,才能比较不同的设备。

    能源效率比(EER)

    EER是在一组固定的运行条件下,以BTU为单位的冷却输出与以瓦特时为单位的电能输入的比值:

    • 室内温度:80°F
    • 室外温度:95°F
    • 相对湿度:50%

    尽管EER允许在不同的空调系统之间进行直接比较,但它不能提供运行成本的可靠估计。EER是在固定的温度差和相对湿度值下确定的,这些条件在整个冷却过程中显示出显著的变化。季节能效比(SEER)提供了一个更好的实际性能估计,考虑了室外温度变化。

    季节能效比(SEER)

    SEER与EER类似,其不同之处在于它在寒冷季节典型的室外温度范围内的平均性能。当用SEER计算空调设备的运行费用时,得到了更真实的估计,尽管它仍与能量建模提供的精度相距甚远。

    自2006年以来,美国生产的所有空调系统必须具有最小SEER值为13。如果一个制造商想要获得其产品的能源之星标签,能效值必须在前25%之内。此外,ENERGY STAR标签仅适用于满足以下要求的技术:

    • 分体中央空调:SEER≥15,EER≥12.5
    • 单包中央空调:SEER≥15,EER≥12

    最有效的迷你分裂型交流机组,100%运行电力提供SEER值超过28。一些单位使用太阳能将SEER提升到35以上。

    升级到具有更高SEER的交流单元

    有一个简单方便的公式可以用来估算空调机组升级时的节能情况:

    节省百分比=(1-(当前SEER)/(新SEER))x100%

    例如,将第一代SEER 10微型分体系统升级为现代SEER 25装置将产生以下节省:

    储蓄比例= (1-10/25)x100% = 60%

    记住,这个快速公式只适用于额定冷却输出和运行时间表将保持不变的升级后。否则,必须对现有运行条件和预计运行条件分别计算千瓦时的能耗。

    综合能效比(IEER)

    商业和工业环境中使用的水冷式和蒸发式空调系统的运行方式与家庭和小企业中使用的小型机组非常不同,SEER没有提供一个可靠的指标来描述它们的性能。

    这些交流系统受不同负载条件的影响,很少在峰值容量下运行,因此100%负载下的能源效率并不代表实际运行效率。为了解决这个问题,空调采暖和制冷研究所(AHRI)开发了IEER,并提供了一个计算程序。IEER以前被称为IPLV,或集成部分负载性能。

    步骤01:部分负载效率值

    正常的EER是在100%、75%、50%和25%负载下计算的。室外空气温度按每个负载百分比的比例降低,以反映需要更少冷却的事实。

    • A = 100%负载EER在标准室外温度(95°F)
    • B = 75%负载EER在降低温度
    • C = 50%负载EER在降低温度
    • D = 25%负载EER在降低温度

    ANSI/AHRI标准210/240提供了每个部分负载条件的温度值,取决于交流系统特性。

    步骤02:计算EER

    当四个EER值全部计算完毕后,IEER按AHRI提供的公式计算:

    c ie b = 0.02 + 0.617 + 0.238 + 0.125 d

    请注意,满载效率(A)的系数仅为0.02,而部分负载条件(B、C和D)的系数更高。这可以解释商业和工业交流系统在部分负载下运行的时间延长的事实。

    供暖季节性能因子(HSPF)

    HSPF可以被认为类似于SEER,不同之处在于它只适用于加热模式下的热泵;在冷却季节,热泵的性能由SEER来描述,就像空调设备一样。值得注意的是,可逆热泵在每种运行模式下需要不同的度量,而且它们不能互换,尽管它们描述的是同一件设备:

    • 加热方式为HSPF专用。
    • SEER为冷却模式专用。

    当购买可逆热泵时,比较您全年的加热和冷却负荷。如果你更多的使用加热,关注HSPF;至于冷却,请关注SEER。

    空气源热泵是住宅中最常见的类型,它们必须满足以下条件才能获得能源之星标签:

    • 分体式热泵:HSPF≥8.5
    • 单组件热泵:HSPF≥8.2

    值得注意的是,热泵在冷却模式下也必须满足EER/SEER要求,才能符合能源之星标签的要求。由于热泵的效率往往会随着室外温度变冷而降低,因此对HSPF的最低要求不如SEER和EER那么严格。

    年度燃料利用效率(AFUE)

    AFUE专门用于以燃烧为基础的器具,如锅炉和熔炉,它是有效加热输出与所消耗的燃料所含总能量的比率。根据美国能源部(Department of Energy)的数据,旧机组的AFUE往往低于70%,而高效锅炉和熔炉的AFUE高达98.5%。如果炉子和锅炉符合以下标准,它们也有资格获得能源之星评级:

    • 煤气炉的最低AFUE为北方州的95%,南方州的90%,能源之星决定了每一类的州。油炉的最低AFUE为85%。在所有情况下,风机功耗必须保持在熔炉总能耗的2%以下,漏风量必须保持在总风量的2%以下。
    • 锅炉燃用燃气时的最低燃用效率为87%,燃用燃油时为90%。

    请记住,不能将基于燃烧的设备的AFUE与热泵的HSPF进行比较。在这种情况下,你必须估计每年的运营成本,比较锅炉或加热器消耗的燃料成本与热泵消耗的电力成本

    性能系数(COP)

    警察是热输出(加热或冷却)与能量输入的比值,因此它可以用来描述任何加热或冷却设备。然而,请记住,可逆热泵对每一种运行模式都有一个单独的COP,对应于HSPF和SEER。不同的设备可以根据其COP来比较它们使用相同的能源。

    • 例如,你可以得出结论,COP为3.0的热泵比COP为1.0的电阻加热器的运行成本更低——这两种情况下的能源成本是一样的。
    • 然而,如果你比较热泵和COP为0.80的燃气加热器,情况就不一样了——每个设备的能源都是不同的。

    能源之星要求通常以HSPF、SEER和AFUE来规定,但通常也提供等效的COP值。这些性能指标中的任何一个都可以转化为平均COP,但在进行任何比较之前,考虑能源差异是很重要的;COP是不考虑单位成本的能量转换比率能量来源(电、石油或天然气)。

    能量因子(EF)

    能量因子是加热输出能量与输入能量的比值,通常用于水加热应用。虽然理论上它也可以用来描述空间加热,但实践并不普遍——首选HSPF、AFUE和COP。一般来说,EF用来描述:

    • 存储热水器
    • 即时或无水箱热水器
    • 热泵热水器

    供热系统的EF描述了供热系统的整体性能能量转换效率,但也要考虑备用损耗和循环损耗。这个指标也适用于洗碗机、洗衣机和烘干机,但每种情况下定义都不同。

    就像空调和空间加热设备一样,如果热水器满足最低EF标准,以及针对每种技术的其他特定要求,就有资格获得能源之星标签。住宅热水器必须提供以下EF才能收到标签:

    热水器类型 最小能量因数(EF)
    储存加热器,电动,≤55加仑 2.00
    储存加热器,电动,> 55加仑 2.20
    储存加热器,气体,≤55加仑 0.67
    储存加热器,气体,> 55加仑 0.77
    后果加热器、气 0.90
    太阳能*加热器,电备份 1.80
    太阳能加热器,气体备份 1.20

    *对于太阳能热水器,在计算能量因子时,只考虑电力或气体的能量输入。太阳热量被排除在外,因为它基本上是免费的。

    结束语

    如果了解所有关键的性能指标,加热和冷却设备可以轻松地进行比较。然而,重要的是要注意,只有能源建模才能提供运行成本的精确估计。以达到最好的效果暖通空调工程在美国,一定要聘请有资质的工程顾问或公司提供服务。当暖通空调设备如果是根据“经验法则”购买,那么最终的性能通常很差。

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