陳露露 萬(wàn)行沛 杜麗燕

（珠海格力電器股份有限公司 珠海 519070）

引言

歐盟有公布能源相關(guān)產(chǎn)品生態(tài)設(shè)計(jì)指令2009/125/EC，即ErP指令。而基于ErP指令2009/125/EC，關(guān)于風(fēng)機(jī)能效方面的要求，歐盟頒布法規(guī)No 327/2011，要求輸入功率在125 W～500 kW的電機(jī)驅(qū)動(dòng)的風(fēng)機(jī)必須滿足規(guī)定的風(fēng)機(jī)目標(biāo)效率和能效等級(jí)。本文就歐盟風(fēng)機(jī)能效要求和計(jì)算方法方面進(jìn)行分析，以供設(shè)計(jì)和檢測(cè)參考開發(fā)，避免出口歐盟抽測(cè)不合格等。

1 法規(guī)No 327/2011能效要求

風(fēng)機(jī)是指一種通過(guò)旋轉(zhuǎn)葉片能讓氣體持續(xù)流動(dòng)的機(jī)器，但其通過(guò)葉片的每個(gè)單位質(zhì)量做功不超過(guò)25 kJ/kg，同時(shí)，

——裝配于風(fēng)機(jī)中的電機(jī)在其最佳效率點(diǎn)驅(qū)動(dòng)風(fēng)葉旋轉(zhuǎn)時(shí)功率介于125 W～500 kW之間；

——風(fēng)葉類型為軸流風(fēng)葉、離心風(fēng)葉、貫流風(fēng)葉和混流風(fēng)葉。

——風(fēng)機(jī)投放到市場(chǎng)銷售或服務(wù)時(shí)，可以裝配也可以不裝配驅(qū)動(dòng)電機(jī)。

法規(guī)No 327/2011描述電輸入功率125 W～500 kW的電機(jī)所驅(qū)動(dòng)的風(fēng)機(jī)，包含ErP指令覆蓋的整合至用于處理各種各樣氣體產(chǎn)品的風(fēng)機(jī)在范圍內(nèi)。但是部分風(fēng)機(jī)和整合至產(chǎn)品中的風(fēng)機(jī)不在該法規(guī)范圍，例如制冷量小于12 kW的空調(diào)中的風(fēng)機(jī)不在范圍內(nèi)，其他不在范圍的風(fēng)機(jī)詳見法規(guī)描述。

歐盟要求風(fēng)機(jī)總效率不能低于圖1目標(biāo)效率，也可以理解為能效等級(jí)實(shí)測(cè)值不能低于圖1能效等級(jí)值。

2 風(fēng)機(jī)效率計(jì)算

2.1 風(fēng)機(jī)類型和測(cè)試類別

根據(jù)風(fēng)機(jī)類型、測(cè)試類別和最佳效率點(diǎn)處風(fēng)機(jī)功率，劃分不同的目標(biāo)效率和能效等級(jí)，對(duì)應(yīng)的計(jì)算公式也有所不同，如圖1要求。因此，測(cè)試前必須正確選擇符合測(cè)試風(fēng)機(jī)的風(fēng)機(jī)類型和測(cè)試類型，確保所選擇的風(fēng)機(jī)類型和測(cè)試類型符合自身風(fēng)機(jī)的特性。如果選擇錯(cuò)誤，則有可能導(dǎo)致在市場(chǎng)抽測(cè)中出現(xiàn)不合格等現(xiàn)象。

法規(guī)No 327/2011定義了7種風(fēng)機(jī)類型和4種測(cè)試類別。

風(fēng)機(jī)類型如下：

1）軸流風(fēng)機(jī)（Axial fan）；

2）前傾離心風(fēng)機(jī)（Centrifugal forward curved fan）；

3）徑向離心風(fēng)機(jī)（Centrifugal radial bladed fan）；

4）后傾無(wú)蝸殼離心風(fēng)機(jī)（Centrifugal backward curved fan without housing）；

5）后傾有蝸殼離心風(fēng)機(jī)（Centrifugal backward curved fan with housing）；

6）混流風(fēng)機(jī)（Mixed flow fan）；

7）橫流風(fēng)機(jī)（Cross flow fan）。

測(cè)試類型（Measurement category）如下：

1）測(cè)試類別A（Measurement category A）：自由進(jìn)風(fēng)且自由出風(fēng)機(jī)組

2）測(cè)試類別B（Measurement category B）：自由進(jìn)風(fēng)且管道出風(fēng)機(jī)組

3）測(cè)試類別C（Measurement category C）：管道進(jìn)風(fēng)且自由出風(fēng)機(jī)組

圖1 最低能效要求

4）測(cè)試類別D（Measurement category D）：管道進(jìn)風(fēng)且管道出風(fēng)機(jī)組

2.2 風(fēng)機(jī)總效率計(jì)算方法

風(fēng)機(jī)效率，一般是指氣體能量與電機(jī)輸入功率之比。氣體能量：由氣體體積流率和風(fēng)機(jī)前后壓差相乘而得。此處壓力，根據(jù)不同產(chǎn)品特性，選靜壓或全壓。全壓是靜壓與動(dòng)壓的總和。在計(jì)算過(guò)程中，選擇使用靜壓還是全壓的公式，是由測(cè)試類別所決定的。

2.2.1 處于最終裝配狀態(tài)的風(fēng)機(jī)，應(yīng)測(cè)量空氣能量和風(fēng)機(jī)在最佳效率點(diǎn)時(shí)的輸入功率，風(fēng)機(jī)總效率按照如下公式進(jìn)行計(jì)算。

1）測(cè)試過(guò)程中，風(fēng)機(jī)不包括變速驅(qū)動(dòng)。計(jì)算總效率使用以下公式：

式中：

ηe代表風(fēng)機(jī)總效率；

PU(S)是風(fēng)機(jī)達(dá)到最佳效率點(diǎn)時(shí)通過(guò)風(fēng)機(jī)的氣體能量，此時(shí)對(duì)應(yīng)的電機(jī)輸入功率即為Pe。PU(S)通過(guò)下文2.2.3來(lái)計(jì)算。

2）測(cè)試過(guò)程中，風(fēng)機(jī)包括變速驅(qū)動(dòng)。計(jì)算總效率使用以下公式：

式中：

ηe代表風(fēng)機(jī)總效率；

PU(S)也是通過(guò)下文2.2.3來(lái)計(jì)算，同樣PU(S)對(duì)應(yīng)的電機(jī)輸入功率就是Ped。

Cc:負(fù)載補(bǔ)償因數(shù)，分如下兩種情況選擇：

①電機(jī)含VSD（變速驅(qū)動(dòng)），并且Ped大于等于5 kW，那么Cc 采用數(shù)值1.04。

②電機(jī)含VSD，并且Ped＜5 kW，那么采用公式：

2.2.2 不是最終裝配狀態(tài)的風(fēng)機(jī)，總效率是在葉輪的最佳效率點(diǎn)時(shí)測(cè)量，按照如下公式進(jìn)行計(jì)算。

ηe代表風(fēng)機(jī)總效率；

ηr代表風(fēng)機(jī)葉輪效率，ηr=PU(S)/Pa。此處PU(S)也是通過(guò)下文2.2.3來(lái)計(jì)算。而葉輪在最佳效率點(diǎn)對(duì)應(yīng)的風(fēng)機(jī)軸功率就是Pa。

ηm是 (EC)NO 640/2009文件中規(guī)定的電機(jī)名義效率。不在此范圍的ηm計(jì)算公式如下：

①電機(jī)輸入功率Pe大于等于750W時(shí)，

這里采用公式X=lg(Pe)。

②電機(jī)輸入功率Pe＜小于750 W時(shí)，

此時(shí)，Pe應(yīng)同時(shí)考慮風(fēng)機(jī)最佳效率點(diǎn)和傳輸系統(tǒng)出現(xiàn)的損耗。

ηT：驅(qū)動(dòng)裝置效率，按照如下情況進(jìn)行選擇：

①屬于直接驅(qū)動(dòng)時(shí)，那么ηT采用數(shù)值1.0；

②傳輸系統(tǒng)屬于低效率傳動(dòng)系統(tǒng)（Low-efficiency drive）時(shí)，分如下三種情況：

當(dāng)Pa大于等于5 kW時(shí)，那么ηT采用數(shù)值0.96；

當(dāng)Pa大于1 kW并且小于等于5 kW時(shí)，那么采用公式：

當(dāng)P小于＜1 kW，ηT采用數(shù)值0.89。

③傳輸系統(tǒng)屬于高效傳動(dòng)系統(tǒng)（High-efficiency drive）時(shí)，分如下三種情況：

當(dāng)Pa大于等于5 kW時(shí)，那么ηT采用數(shù)值0.98；

當(dāng)Pa大于1 kW并且小于等于5 kW時(shí)，那么采用公式ηT=0.01× Pa +0.93；

當(dāng)P小于＜1 kW，ηT采用數(shù)值0.94。

Cm：部件匹配修正因數(shù)，通常Cm等于0.9。

Cc：負(fù)載修正因數(shù)，按照如下三種情況進(jìn)行選擇：

①電機(jī)不含VSD，那么Cc 采用數(shù)值1.0；

②電機(jī)含VSD，Ped大于等于5 kW，那么Cc 采用數(shù)值1.04；

③電機(jī)含VSD，Ped小于5 kW，那么采用公式：

2.2.3 風(fēng)機(jī)氣體能量Pu(s) (kW)根據(jù)供應(yīng)商選擇的測(cè)試類別代入下列公式計(jì)算：

風(fēng)機(jī)的測(cè)試類別為A和C時(shí)，風(fēng)機(jī)的靜壓氣體能量：

風(fēng)機(jī)的測(cè)試類別為B和D時(shí)，風(fēng)機(jī)的氣體能量：

其中，

KPs：靜壓氣體能量的壓縮系數(shù)，可以參考標(biāo)準(zhǔn)ISO 5801計(jì)算得出，一般壓力低于2 000 Pa時(shí)，取KPs= 1；

Kp：全壓氣體能量的壓縮系數(shù)，可以參考標(biāo)準(zhǔn)ISO 5801計(jì)算得出，一般壓力低于2 000 Pa時(shí)，取Kp= 1；

q：進(jìn)口風(fēng)量；

Pf：風(fēng)機(jī)全壓；

PSf：風(fēng)機(jī)靜壓。

2.3 風(fēng)機(jī)目標(biāo)效率計(jì)算方法

目標(biāo)效率ηtarget是風(fēng)機(jī)按照制造商指定風(fēng)機(jī)類型下必須達(dá)到的法規(guī)要求的能效值(用百分?jǐn)?shù)表達(dá))。目標(biāo)效率是通過(guò)效率公式計(jì)算而來(lái)的，公式中包含電輸入功率Pe(d)和圖1中規(guī)定的能效等級(jí)N。完整的功率范圍包括兩個(gè)公式：一個(gè)用于電輸入功率在0.125～10 kW（包含10 kW）的風(fēng)機(jī)，另一個(gè)是用于電輸入功率在10～500 kW（包含500 kW）的風(fēng)機(jī)。

不同的風(fēng)機(jī)類型，目標(biāo)效率的計(jì)算公式也不同。根據(jù)風(fēng)機(jī)類型，有如下3種計(jì)算公式。

2.3.1 軸流風(fēng)機(jī)、前傾離心風(fēng)機(jī)和徑向離心風(fēng)機(jī)的目標(biāo)效率計(jì)算公式如下：

1）功率范圍：0.125 kW≤P≤10 kW，ηtarget=2.74·ln(P)-6.33+N

2）功率范圍：10 kW＜P≤500 kW，ηtarget=0.78·ln(P)-1.88+N

2.3.2 后傾無(wú)蝸殼離心風(fēng)機(jī)、后傾有蝸殼離心風(fēng)機(jī)和混流風(fēng)機(jī)的目標(biāo)效率計(jì)算公式如下：

1）功率范圍：0.125 kW≤P≤10 kW，ηtarget=4.56·ln(P)-10.5+N

2）功率范圍：10 kW＜P≤500 kW，ηtarget=1.1·ln(P)-2.6+N

2.3.3 橫流風(fēng)機(jī)的目標(biāo)能效值通過(guò)以下公式計(jì)算：

1）功率范圍：0.125 kW≤P≤10 kW，ηtarget=1.14·ln(P)-2.6+N

2）功率范圍：10 kW＜P≤500 kW，ηtarget=N

如上N的數(shù)值由表1決定。P是輸入功率，單位為kW。

法規(guī)要求，風(fēng)機(jī)總效率ηe必須大于等于目標(biāo)效率ηtarget，或者是總效率。

2.4 以不含VSD變頻驅(qū)動(dòng)處于最終裝配狀態(tài)的測(cè)試類別為B的前傾離心風(fēng)機(jī)為例

風(fēng)機(jī)使用定頻電機(jī)，電機(jī)的額定轉(zhuǎn)速是1 450 rpm，測(cè)試過(guò)程需設(shè)定電機(jī)轉(zhuǎn)速保持1 450 rpm，通過(guò)調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)的全壓來(lái)獲得需要的基本參數(shù)。每一次調(diào)節(jié)全壓測(cè)試穩(wěn)定以后記錄數(shù)據(jù)，共計(jì)10組測(cè)試數(shù)據(jù)，如表1。

風(fēng)機(jī)是最終裝配，不含VSD變速驅(qū)動(dòng)，測(cè)試類別為B，計(jì)算風(fēng)機(jī)總效率使用公式ηe=PU/Pe和PU=q×Pf×Kp，即ηe=q×Pf×Kp/Pe。注意，公式中q單位為m3/s，Pf單位為Pa，Pe單位為W，Kp= 1。從10組數(shù)據(jù)可得，最佳效率點(diǎn)風(fēng)機(jī)總效率為43.47。計(jì)算能效等級(jí)實(shí)測(cè)值使用公式N=ηe-2.74·ln(P)+6.33，所以最佳效率點(diǎn)風(fēng)機(jī)能效等級(jí)實(shí)測(cè)值為50.73。根據(jù)測(cè)試計(jì)算，能效等級(jí)實(shí)測(cè)值50.73大于圖1規(guī)定值49，符合最低能效要求。

除了確認(rèn)能效等級(jí)實(shí)測(cè)值，還可以通過(guò)計(jì)算目標(biāo)效率確認(rèn)風(fēng)機(jī)效率是否大于目標(biāo)效率。根據(jù)公式ηtarget=2.74·ln(P)-6.33+N，可得ηtarget=41.74。風(fēng)機(jī)總效率43.47大于目標(biāo)效率ηtarget，滿足最低能效要求。

表1 10組測(cè)試數(shù)據(jù)

圖2 風(fēng)機(jī)總效率曲線圖

如果風(fēng)機(jī)包含VSD變頻驅(qū)動(dòng)，測(cè)試過(guò)程要調(diào)整風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速和靜壓，確定每個(gè)轉(zhuǎn)速下的最佳靜壓效率點(diǎn)，從而找出最大效率點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速。此風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速對(duì)應(yīng)的最佳效率點(diǎn)就是該風(fēng)機(jī)的最佳效率點(diǎn)，如圖2。

3 總結(jié)

出口歐盟產(chǎn)品能效要求比較嚴(yán)格，抽測(cè)方面也有相應(yīng)要求。歐盟風(fēng)機(jī)類型不同，測(cè)試類別不同，那么風(fēng)機(jī)能效要求和計(jì)算方法也不同。所以應(yīng)根據(jù)風(fēng)機(jī)本身特點(diǎn)，選擇正確計(jì)算方法，才能確保風(fēng)機(jī)滿足歐盟能效要求，避免出現(xiàn)出口歐盟抽測(cè)不合格。