部分负荷能效测定

技术概述

部分负荷能效测定是针对制冷空调设备、热泵机组、冷水机组等大型耗能设备在实际运行工况下的能源利用效率进行科学评估的检测技术。与传统满负荷能效测试不同，部分负荷能效测定更关注设备在非额定工况下的真实能效表现，这对于评估设备实际运行能耗具有极其重要的意义。

在实际应用场景中，大部分制冷空调设备很少长期处于满负荷运行状态。根据统计数据显示，暖通空调系统全年运行时间内，约70%至90%的时间处于部分负荷工况。因此，仅依靠满负荷能效指标无法真实反映设备的综合能耗水平，部分负荷能效测定应运而生，成为评价设备实际能效的关键技术手段。

部分负荷能效测定的核心技术原理在于通过模拟设备在不同负荷率下的运行状态，精确测量其制冷量、制热量、输入功率等关键参数，进而计算出各负荷点下的能效比值。国际上普遍采用IPLV（综合部分负荷能效系数）作为评价指标，该指标通过对25%、50%、75%、100%四个典型负荷点的能效值进行加权计算，得出反映设备全年运行能效的综合指标。

随着全球能源危机日益严峻和碳排放目标不断提高，部分负荷能效测定技术得到了快速发展。各国能效标准体系不断完善，对制冷空调设备的部分负荷能效要求也日益严格。我国在GB 19577-2015《冷水机组能效限定值及能效等级》等国家标准中，明确规定了冷水机组的IPLV限值要求，推动部分负荷能效测定成为设备能效检测的必备项目。

部分负荷能效测定涉及热力学、流体力学、自动控制等多个学科领域，需要专业的检测设备、标准化的测试环境和严格的操作规程。检测结果不仅为设备能效等级评定提供依据，还可为设备选型优化、系统节能改造、运行策略制定等提供科学数据支撑，是实现建筑节能降耗目标的重要技术保障。

检测样品

部分负荷能效测定的检测样品范围广泛，主要涵盖各类制冷空调设备、热泵系统及相关的能源转换设备。根据设备类型、制冷量范围及应用场景的不同，检测样品可分为以下几大类别：

• 冷水机组：包括蒸气压缩循环冷水机组、吸收式冷水机组、离心式冷水机组、螺杆式冷水机组、涡旋式冷水机组等，制冷量范围通常覆盖50kW至数千千瓦
• 热泵机组：包括空气源热泵、地源热泵、水源热泵、空气调节用热泵机组、热水用热泵机组等
• 单元式空调机组：包括风冷式空调机组、水冷式空调机组、屋顶式空调机组等
• 多联式空调机组：即VRV/VRF系统，包括变频多联机、定频多联机等
• 机房空调机组：包括数据中心专用精密空调、通信机房空调等
• 工商用制冷设备：包括冷库制冷机组、商用冷冻冷藏展示柜、制冰机等
• 热回收机组：具有热回收功能的冷水机组、空调机组等复合能源设备

检测样品在送检前应满足一定的基本条件。首先，样品应是制造商正常生产、检验合格的产品，具有完整的铭牌标识和技术资料。其次，样品的安装、配置应符合产品说明书要求，不得擅自更改原机配置或增加特殊节能装置。对于大型设备，可在制造商生产线或安装现场进行检测，但测试环境应符合标准规定的技术要求。

样品的容量范围直接影响测试方法和设备的选择。根据GB/T 10870-2014《蒸气压缩循环冷水（热泵）机组性能试验方法》的规定，不同制冷量的机组应采用相应的测试方法和精度等级。小型机组通常在实验室环境室内进行测试，而大型机组可能需要在现场或专用测试平台上进行检测。

对于多联机等系统型产品，检测样品还应包括室内机组合。根据标准要求，室内机的配置应具有代表性，通常选择标准配置或制造商推荐的典型配置方案。室内外机的连接管路长度、高差等参数也应符合标准规定的测试条件，以确保测试结果的可比性和重复性。

检测项目

部分负荷能效测定涉及多项关键参数的测量与计算，检测项目的设置旨在全面、准确地评价设备在部分负荷工况下的能效表现。主要检测项目包括以下几个方面：

• 制冷量测定：在规定的部分负荷工况下，测量机组的实际制冷输出能力，精确度要求通常在±2%以内
• 制热量测定：对于热泵机组，测量其在制热模式下的实际制热能力
• 输入功率测定：包括压缩机功率、风机功率、水泵功率及控制系统能耗在内的总输入功率测量
• 能效比计算：根据测得的制冷量与输入功率，计算各负荷点下的能效比（EER）或性能系数（COP）
• 综合部分负荷能效系数（IPLV）计算：按照标准规定的加权公式，计算IPLV或NPLV值
• 部分负荷性能系数（PLV）测定：针对特定应用条件下的部分负荷能效综合评价
• 运行特性分析：包括启停特性、变容量特性、回油特性等在部分负荷下的表现

各负荷点的测试工况是检测项目的核心要素。依据GB/T 10870-2014标准，冷水机组的部分负荷测试通常包括四个典型负荷点：100%、75%、50%、25%。每个负荷点对应特定的冷冻水出水温度、冷却水进水温度（或室外空气干球温度），以模拟实际运行中的季节工况变化。

除了上述核心检测项目外，部分负荷能效测定还可能包括以下辅助检测内容：流量稳定性测试、温度波动测试、排气温度监测、油温监测、变频器效率测试、控制策略验证等。这些辅助项目有助于深入分析影响部分负荷能效的因素，为设备优化提供更全面的数据支持。

对于特殊应用场景的设备，检测项目还可能扩展。例如，数据中心用冷水机组需要测试在全年不同室外温度条件下的部分负荷能效；严寒地区用热泵需要测试低温工况下的制热性能衰减特性；具有热回收功能的机组需要测试部分负荷下热回收效率的变化规律。

检测数据的处理与计算方法也是检测项目的重要组成部分。IPLV的计算公式为：IPLV = 0.01×A + 0.42×B + 0.45×C + 0.12×D，其中A、B、C、D分别代表100%、75%、50%、25%负荷点的能效值。该加权系数是根据典型办公建筑空调负荷分布统计得出，反映了部分负荷运行的实际情况。

检测方法

部分负荷能效测定的检测方法体系经过多年发展已日趋成熟，主要包括实验室测试方法和现场测试方法两大类别。不同方法的适用条件、测试精度和操作流程各有特点，需要根据设备类型、检测目的和实际条件选择合适的检测方法。

实验室测试方法是进行部分负荷能效测定的首选方法，具有测试条件可控、测量精度高、重复性好等优势。在实验室测试中，被测机组安装在专门设计的测试环境室内，通过环境模拟系统精确控制室内外温度、湿度等参数，确保测试工况符合标准规定。测试系统通常包括被测机组、冷冻水系统、冷却水系统（或风冷冷凝系统）、电参数测量系统、数据采集与处理系统等组成部分。

实验室测试方法根据负荷调节方式的不同，又可分为静态测试法和动态测试法。静态测试法是在每个负荷点稳定运行一定时间后进行测量，适用于大多数常规冷水机组。动态测试法则模拟实际运行中的连续负荷变化过程，对设备的动态响应特性和能效变化进行连续测量，适用于变频机组或需要评估动态性能的场合。

现场测试方法是在设备实际安装场所进行的部分负荷能效测试，适用于大型设备或不便运输的场合。现场测试需要使用便携式测试设备，对现场的冷冻水、冷却水系统进行必要的改造或连接，以确保测量的准确性。现场测试的主要挑战在于环境条件难以精确控制，因此测试工况的设置和修正计算尤为关键。

部分负荷的调节方法是检测方法的核心技术之一。根据设备类型和控制方式的不同，部分负荷的调节方法主要包括以下几种：压缩机启停控制法，适用于多压缩机机组，通过控制运行压缩机台数实现负荷调节；变频调速法，适用于变频压缩机机组，通过改变压缩机转速实现连续负荷调节；滑阀调节法，适用于螺杆压缩机机组，通过滑阀移动改变压缩容积比；进气导叶调节法，适用于离心压缩机机组，通过调节进气导叶角度改变制冷量。

测试工况的稳定判断是确保测试结果准确的关键环节。标准规定，在达到稳定工况后，各测量参数的波动范围应在允许限值内，通常要求温度波动不超过±0.3℃，压力波动不超过±1%，流量波动不超过±0.5%。稳定运行时间根据设备类型不同有所差异，一般为15分钟至1小时不等。

测试数据采集应遵循标准规定的时间间隔和采样次数。每个负荷点的测试数据应在稳定工况下连续采集至少三次，每次间隔不少于5分钟。最终测试结果取多次测量的算术平均值，并按照标准规定的方法进行不确定度评定，确保测试结果的置信水平达到95%以上。

检测仪器

部分负荷能效测定需要使用一系列精密的检测仪器和设备，仪器的精度等级、量程范围、校准状态直接影响测试结果的准确性和可靠性。检测仪器系统主要包括以下几个组成部分：

温度测量系统是部分负荷能效测定的核心仪器之一。标准铂电阻温度计（Pt100或Pt1000）是最常用的温度测量仪器，其测量精度应达到A级或以上，在0℃至100℃范围内的测量误差不超过±0.1℃。温度测量点通常包括冷冻水进水温度、冷冻水出水温度、冷却水进水温度、冷却水出水温度、室外空气干球温度、室外空气湿球温度等。每个测点应安装经过校准的温度传感器，并进行必要的绝热处理以减小测量误差。

流量测量系统用于测量冷冻水和冷却水的体积流量。常用的流量测量仪器包括电磁流量计、超声波流量计、涡轮流量计等。根据标准要求，流量测量仪表的精度等级应不低于1.0级，即测量误差不超过实际流量的±1%。对于大型机组的测试，流量测量范围可能覆盖数立方米每小时至数百立方米每小时，因此需要根据被测机组的额定流量选择合适量程的流量计。

功率测量系统用于测量机组的总输入功率及各部件的功率消耗。功率分析仪是主要的测量仪器，其测量精度应不低于0.5级，能够同时测量电压、电流、功率因数、有功功率、无功功率等参数。功率测量范围应覆盖机组在部分负荷运行时的功率变化区间，通常为额定功率的10%至110%。对于变频机组，功率分析仪还应具备谐波分析功能，以准确测量变频器输入端的功率参数。

压力测量系统用于监测和测量制冷系统各关键部位的压力值。压力变送器或压力表的精度等级应不低于0.5级，测量点通常包括压缩机吸气压力、排气压力、蒸发器进出口压力、冷凝器进出口压力等。压力测量数据不仅用于监控运行状态，还可用于计算压缩机的容积效率、判断制冷剂充注量是否适当。

环境参数测量系统用于测量实验室或现场的环境温度、湿度、大气压力等参数。环境温湿度测量精度应分别达到±0.5℃和±3%RH，大气压力测量精度应达到±0.5kPa。这些环境参数用于测试结果的修正计算和不确定度评定。

数据采集与处理系统是整合各测量参数、实现自动控制和数据处理的综合性设备。现代检测系统通常配备高性能的数据采集器或分布式数据采集模块，采样频率不低于每通道每秒一次。数据处理软件能够实时显示各测量参数、自动判断工况稳定性、计算能效指标、生成测试报告。软件算法应符合相关标准规定的计算公式和数据处理方法。

冷水机组性能测试台是进行部分负荷能效测定的专用成套设备，集成上述各类测量仪器，并提供标准规定的测试工况条件。测试台的制冷量测试范围、冷量测量精度、稳定性指标等关键技术参数应满足GB/T 10870等标准的要求。测试台应定期进行校准和验证，确保测试结果的溯源性和可靠性。

应用领域

部分负荷能效测定作为一项重要的检测技术，其应用领域涵盖了建筑节能、工业节能、设备研发、能效评价等多个方面。随着节能减排要求的不断提高，部分负荷能效测定的应用范围还在持续扩展。

建筑节能评估是部分负荷能效测定最主要的应用领域之一。建筑暖通空调系统能耗占建筑总能耗的比例通常在40%至60%，而空调系统大部分时间处于部分负荷运行状态。通过部分负荷能效测定，可以准确评估空调主机在实际运行工况下的能效表现，为建筑能耗模拟、能效评估、节能诊断提供准确的输入数据。绿色建筑评价标准中对空调设备的部分负荷能效提出了明确要求，需要通过检测获得IPLV等能效指标数据。

设备能效等级评定是部分负荷能效测定的法定应用领域。我国能效标准体系中，冷水机组、多联机、单元式空调机组等产品的能效等级评定均涉及部分负荷能效指标。通过检测获得的IPLV值或APF值是判定设备能效等级的关键依据。能效标识制度要求制造商在产品上标注能效等级信息，这些信息的确定离不开部分负荷能效测定。

设备研发与优化设计是部分负荷能效测定的重要应用方向。制冷空调设备制造商在新产品开发过程中，需要通过部分负荷能效测定了解产品在非额定工况下的性能表现，分析影响部分负荷能效的关键因素，进而优化压缩机选型、换热器设计、控制策略等。变频技术、数码涡旋技术、多机并联技术等节能技术的发展，都依赖于部分负荷能效测定提供的性能数据支撑。

政府采购与项目招投标越来越重视部分负荷能效指标。在大型公共建筑空调设备采购项目中，IPLV值已成为技术评标的重要评分项。部分负荷能效测定的检测结果为评标提供了客观、公正的技术依据，有助于推动高能效产品的市场应用。

节能改造效果评估需要部分负荷能效测定提供数据支持。既有建筑空调系统节能改造后，需要评估改造的实际节能效果。通过对比改造前后的部分负荷能效数据，可以量化节能改造的效益，为节能服务公司（ESCO）的合同能源管理项目提供结算依据。

科研院所和高校的学术研究也广泛应用部分负荷能效测定技术。制冷空调领域的理论研究、模型验证、算法开发等科研工作，需要实验数据的支撑。部分负荷能效测定为研究制冷循环变工况特性、开发能效预测模型、验证仿真软件精度等提供了实验手段。

数据中心、医院、实验室等特殊应用场所对空调系统可靠性和能效要求极高。这些场所的空调系统全年持续运行，负荷波动大，部分负荷能效表现直接影响运营成本。通过部分负荷能效测定，可以优化设备选型配置，制定合理的运行策略，实现能耗与运行可靠性的最佳平衡。

常见问题

在部分负荷能效测定的实践过程中，检测人员、送检单位和技术评审人员经常会遇到一些具有共性的问题。以下针对常见问题进行详细解答，以帮助相关人员更好地理解和应用部分负荷能效测定技术。

问：部分负荷能效测定与满负荷能效测试有何区别？

答：两者的主要区别在于测试工况和测试目的不同。满负荷能效测试是在额定工况下进行的，主要评价设备在最大输出能力时的能效表现，测试工况相对固定。而部分负荷能效测定是在多个低于额定负荷的工况点下进行测试，评价设备在部分输出能力时的能效表现，更接近实际运行状态。满负荷能效测试关注设备的峰值性能，部分负荷能效测定关注设备在全年运行中的综合能效表现。

问：IPLV加权系数是如何确定的？

答：IPLV的加权系数是基于典型建筑空调负荷分布统计得出的。根据AHRI标准的研究，典型办公建筑全年空调负荷分布呈现以下规律：25%负荷运行时间约占全年运行时间的12%，50%负荷运行时间约占45%，75%负荷运行时间约占42%，100%负荷运行时间仅占约1%。因此，IPLV计算公式采用了0.01、0.42、0.45、0.12这组加权系数，以反映真实的运行时间分布。需要注意的是，不同气候区和建筑类型，负荷分布可能有所差异，但IPLV系数已作为标准化指标被广泛采用。

问：变频机组和定频机组的部分负荷测试方法有何不同？

答：两者的主要区别在于负荷调节方式不同。定频机组通常通过启停压缩机、调节滑阀或进气导叶等方式实现部分负荷运行，测试时在规定的负荷点稳定运行后进行测量。变频机组则通过改变压缩机转速实现负荷的连续调节，测试时需要考虑变频器效率、压缩机转速与制冷量的非线性关系等因素。部分标准对变频机组规定了专门的测试方法，可能需要在更多负荷点进行测试或采用动态测试方法。

问：现场测试与实验室测试的结果差异如何处理？

答：现场测试环境条件难以精确控制，测试结果可能因环境参数波动而存在一定偏差。标准通常规定了测试结果的修正方法，将实际测试工况下的测量结果修正到标准规定工况下的数值。修正计算需要考虑冷冻水温度、冷却水温度（或室外温度）对制冷量和输入