缘起
0.摘要
0.1对于节点cop与节点系数的定义。
0.2美国标准对于部分负荷综合性能系数IPLV、NPLV计算公式的应用错误。
0.3中国标准对于部分负荷综合性能系数IPLV、NPLV计算公式的应用错误。
1.节点与系数的定义
1.1美国标准的定义
在美国协会标准美国空调与制冷协会ARI 550/590-2003《蒸气压缩循环冷水机组性能评价标准》[2]（ARI STANDARD 550/590-2003《performance rating of water-chilling packages using the vapor compression cycle》）与后来的美国协会标准ARI/AHRI 551/591-2011《蒸汽压缩循环冷水（热泵）机组性能评价标准》[3]（AHRI STANDARD 551/591-2011《performance rating of water-chilling heat pump water-heating packages using the vapor compression cycle》）均明确:
1)计算标准/非标准综合部分负荷性能系数IPLV/NPLV时采用的A,B,C,D的COP、EER、kW/Ton,均表示标准指定测试工况下的性能测试值。(见下图)
图1-ARI 550/590-2003 5.4.1截图
比如根据标准ARI550/590-2003[2]，常用冷水机组计算IPLV时，A代表额定标准工况下满载性能，也就是冷冻水出水6.67℃/44℉，冷冻流量0.043L/S per kW，也就是约5.55℃/10℉的额定设计供回水温差下的满载流量，冷凝器进水温度29.44℃/85℉,冷却水流量0.054L/S per kW,这里的kW仍然是指制冷量，污垢系数0.018m2k/kW。（其他BCD就不具体说了，详见下图[2]）图2-ARI550/590-2003部分负荷评定条件截图
在后续与AHRI551/591融合的标准里见下图[4]，也仅仅是调整部分参数，但是采用的A,B,C,D的COP、EER、kW/Ton,均表示标准指定测试工况下的性能测试值的原则仍未突破。
图3-AHRI551/591-2018部分负荷评定条件截图2）计算标准/非标准综合部分负荷性能系数IPLV/NPLV时采用的A,B,C,D的各自的加权系数计算时，划分的气候条件区间、负荷率区间均可以视为以标准要求的ABCD的工况为中心点划分出的大小不一的加权计算区间。这也是符合逻辑的，只有以ABCD工况点为中心划分区间，其性能值COP、EER、kW/Ton才具备平均代表作用，才可直接与加权系数进行运算。这说明董哲生老师的论文[1]中所引用的参考文件2中对美标的解读是“分别表示冷水机组在75%~100%、50%~75%、25%~50%、0~25%四个负荷率区间。”是错误的。并且其对区间大小一致的猜测（最理想的划分就是87.5%~112.5%、62.5%~87.5%、37.5%~62.5%、12.5%~37.5%这样四个区间）也是不符合规范要求的，对不一致的举例（划分为100%、60%~90%、50%、10%~40%这样四个区间）也是不符合规范要求的。
根据下图以规范附录中IPLV计算示例为例可以看出：
A（100%负载性能）对应的加权系数计算区间为额定/设计满载区des，对应的负荷为100%-100%；
B（75%负载性能）对应的加权系数计算区间为峰段peak，对应的负荷为69%-92%；
C（50%负载性能）对应的加权系数计算区间为低负荷段low对应的负荷为38%-61%；
D（25%负载性能）对应的加权系数计算区间为极低负荷段min对应的负荷为20%-36%；
选用的工况点代表负荷率为该点代表区域的加权气候时间的平均负荷率。
图4-ARI550/590-2003第一类风冷IPLV加权系数计算截图图5-ARI550/590-2003第一类水冷IPLV加权系数计算截图3）计算标准/非标准综合部分负荷性能系数IPLV/NPLV时采用的A,B,C,D的加权系数为基于全国平均气候条件、典型建筑负荷特性、典型建筑冷水（热泵）机组设计与运行的工作特点加权计算。图6-ARI550/590-2003条文5.4.1截图根据标准5.4.1.1加权系数基于最普通的建筑类型带来的负荷特性（负荷率随温度升高而升高）与运行特性（部分运行7*24h部分运行5*12h）、带经济器与不带经济器的运行比例、全美29城市的平均气象条件。综合这些运行特点进行图7-10所示加权计算。
图7-ARI550/590-2003IPLV加权系数计算原理截图1根据建筑类型平均拟合的随温度变化的负荷曲线Ton-℉ Loadline与来自全美29城的平均气候条件Hours-℉加权后，即可获得Ton-hours曲线。
在气候条件统计中按照5℉一个bin区，按照A区对应满载的1个bin区5℉，B区对应峰段4个bin区20℉，C区对应低负荷段的4个bin区20℉，剩余为极低负荷段的bin区划分为D区。
其各区平均负荷、平均干球温度(风冷)/冷却水进水温度（水冷）性能即为对冷机（热泵）ABCD点的性能点要求。
图8-ARI550/590-2003IPLV加权系数计算原理截图2根据前2）段中引用的图4（表附录D1-第一类运行风冷IPLV加权系数计算示例图（Table D1 Group 1 Air-Cooled IPLV Data and Calculation））与图5（表附录D2-第一类运行水冷IPLV加权系数计算示例图（Table D2 Group 1 Water-Cooled IPLV Data and Calculation）），平均室外干球温度落在各5℉一个的bin区的小时数乘以该bin区的冷量负荷率，作为其Ton-Hours，各区计算各自bin区内累加的Ton-Hours除以所有区累加的Ton-Hours，则作为该区的group1加权系数。ABCD各计算节点的特征则通过该节点所在区进行加权计算，负荷率，室外干球温度(风冷)、冷却水进水温度（水冷）均如此。图9-ARI550/590-2003IPLV加权系数计算原理截图3
然后重复计算Group2,3,4的各区权重系数，再根据图9进行加权计算得出各区总体权重系数，或者直接针对相应的场景计算选用场景下的各区权重系数。图10-ARI550/590-2003IPLV不同场景加权系数计算示例截图
1.2中国标准的定义
1）计算标准/非标准综合部分负荷性能系数IPLV/NPLV时采用的A,B,C,D的COP、EER、kW/Ton,均表示标准指定测试工况下的性能测试值。（与美标原则与定义相同，仅是各自标准对工况有局部因地制宜的区别）在中国现行国家推荐标准[5]《蒸气压缩循环冷水（热泵）机组第1部分：工业或商业用及类似用途的冷水（热泵）机组》GB/T18430.1-2007中仅对ABCD四工况点进行了如下图所示的定义与要求：图11-GB/T18430.1-2003iplv工况点定义截图1
图12-GB/T18430.1-2003iplv工况点定义截图2在中国现行国家标准[6]《公共建筑节能设计标准》GB50189-2015中仅对ABCD四工况点进行了如下图所示的定义与要求：图13-GB50189-2015iplv工况点定义截图
2）从国内的标准中看不出其对于计算加权系数时的分区原则，但是山人掐指一算，计算标准/非标准综合部分负荷性能系数IPLV/NPLV时采用的A,B,C,D的各自的加权系数计算时，划分的气候条件区间、负荷率区间均可以视为以标准要求的ABCD的工况为中心点划分出的大小不一的加权计算区间。（并不是我亲美，我近的是科学，走在前面的人如果是科学的，你要是符合科学，就很可能会走他走过的路）
3）从国内的标准中也看不出其对于加权系数的计算规则，但是山人用脚指头猜测，计算标准/非标准综合部分负荷性能系数IPLV/NPLV时采用的A,B,C,D的加权系数为基于全国平均气候条件、典型建筑负荷特性、典型建筑机组工作特点加权计算。（欢迎不服者拍砖）
2.美国标准的错误
2.1ARI550/590-2003
网上搜不到98年的版本，但是山人确信，根据后面20年中多次改版都没有改动过，如果98年版本有关于IPLV及NPLV的计算公式，其99.99999%也是同样错误的。
在图6中明确对于采用cop来计算的IPLV/NPLV采用公式1a：
IPLV=0.01A+0.42B+0.45C+0.12D;
ABCD为满足规范条件下的测试/设计COP;
首先不同工况点cop的加权相加不存在任何物理意义；
其次从图4、5可以看出其A-Des bin、B-Peak bin、C-Low bin、D-Min bin各区加权系数为该区Ton-Hrs（冷吨率*小时数）除以四区总和Total Ton-Hrs（总冷吨率*小时数），而各区各bin段Ton-Hrs（冷吨率*小时数），则等于该区该bin段Toal Ton-Hrs，同时也等于该区该bin段时长Total Hours（总小时数）与冷量负荷比Cooling Load%（冷吨与额定冷吨的比率，简称冷吨率）的乘积。
当机组满载额定冷量取为T kw时，当A取cop时，则T*0.01/A代表整个A-Des bin区的耗电量，则可以很容易得出：
1）当我们要计算以cop或EER等单位耗电量性能表达的IPLV或NPLV，且工况点ABCD同样表达时，其正确的表达式都应如公式1b：
图10也与该公式保持了一致，图7-9表达的计算原理也能验证该公式的正确性。2）当我们要计算以每冷吨制冷量耗电或者每kw制冷量耗电等单位性能耗电表达的IPLV或NPLV，且工况点ABCD同样表达时，其正确的表达式都应如公式1a：
在AHRI后来的标准版本AHRI 550/590,551/591-2018及即将更新的版本中，均对关于综合部分负荷性能iplv与nplv相关的定义原则及所应用的计算公式保持了一致，也就是计算公式应用错误的问题，从最早预计1998年到2018年总计20年的过程中，均未发现也未进行修正。 3.中国标准的错误
从截自标准[5-6]的图12、13可以看出GB/T18430 GB50189 同样延续了美标的错误。IPLV(或NPLV)=1/(2.3%/A+41.5%/B+46.1%/C+10.1%/D)....（1）
IPLV(或NPLV)=1/(1.2%/A+32.8%/B+39.7%/C+26.3%/D)....（4.2.13）虽然国家标准中并未透露其对于加权系数的定义与计算规则，但无论加权系数代表的是什么，其应用的原公式都可以判定是错误的。这有点像量纲/单位对不上，风马牛不相及。
如果加权系数仅代表了气候条件的时长分布系数并以此作为分区工况的时长系数，那么当以cop/eer等表达的加权求和公式1a，也无任何物理意义，不可能与总cop对应。
当其系数仅代表时长时，只要其关于评定采用的性能负荷点仍满足本文1.2的原则（源自规范自身约定），那么可以计算出规范正确的计算式应修正如下：
IPLV(或NPLV)=1/(3.9%/A+52.7%/B+39.1%/C+4.3%/D)....（1）
IPLV(或NPLV)=1/(0.1%/A+50.9%/B+45.7%/C+3.3%/D)....（4.2.13）修正计算过程见下表1：
4.修正的价值
1）给予冷机（热泵）部分负荷综合性能指标IPLV(或NPLV)计算公式赋予物理与科学意义，而非仅统计学意义，让冷机（热泵）部分负荷性能研发、设计、计算选用、评比、认证、应用更科学、合理、精确。2）给予其他综合负荷性能计算指数、标准、计算公式一个更科学合理且正确的参考价值。3）显示对基础研究与应用的重视，并有利于切实吸引对于基础应用与研究的投入。参考文件
美国空调与制冷协会标准ARI 550/590-2003《蒸气压缩循环冷水机组性能评价标准》（ARI STANDARD 550/590-2003《performance rating of water-chilling packages using the vapor compression cycle》）
美国空调与制冷协会标准AHRI 551/591-2011《蒸汽压缩循环冷水（热泵）机组性能评价标准》（AHRI STANDARD 551/591-2011《performance rating of water-chilling heat pump water-heating packages using the vapor compression cycle》）
美国空调与制冷协会标准AHRI 551/591-2018《蒸汽压缩循环冷水（热泵）机组性能评价标准》（AHRI STANDARD 551/591-2018《performance rating of water-chilling heat pump water-heating packages using the vapor compression cycle》）
国家标准《蒸气压缩循环冷水（热泵）机组第1部分：工业或商业用及类似用途的冷水（热泵）机组》GB/T18430.1-2007
国家标准《公共建筑节能设计标准》GB50189-2015
编者推荐
【基础】水系统的阻抗
【基础】阀权度
【基础】变频之后电压的变化
【基础】重力排水与事故漏水量
【基础】MTBF与可靠性
【基础】制冷剂与绿色
【基础研究】制冷剂的GWP与COP权衡问题
【基础研究】自控理想01-无电动阀的流体世界如何实现自律
【基础研究】不确定度与误差
【基础研究】误差合成与分配
此文的成形，要特别感谢牛友退休后仍心系暖通的前江西科技师范大学的副院长兼同乡董哲生老师。本来都打算群内解释清楚之前的定义与分区问题就结束了，结果董老师热心的讨论终于让山人注意和意识到了这长达20年仍未被修正的计算公式的应用bug。
欢迎对软件定义的基础设施与暖通设备与系统感兴趣的，乐爱分享、乐爱讨论、乐爱提问的三爱人士加入我们，共同学习与成长。
本站仅提供存储服务，所有内容均由用户发布，如发现有害或侵权内容，请
点击举报。
