为什么变频空调省电的原理和分析

2022.7

变频空调确实比定频空调能效比更高。

国标分3种设备：

热泵型是指冷暖空调！需考察全年制冷、制热的总效率APF。

单冷式就是只制冷，只考察夏季（制冷季节）制冷效率SEER。

热泵热风机就是只制热，只考察冬季（制热季节）制热效率HSPF

压缩机也有效率问题。

一、从卡诺效率分析

---为什么变频空调效率更高？

大伽写的文章提供了很好的说明：《开空调一晚大概多少钱？》https://daily.zhihu.com/story/9726150

从文章的ASPEN软件模拟上看，变频空调全频运行时，和定频空调效率差不多的！但低频运行时，能效比会提高很多！

所以制冷一开始时，耗电都基本一样。

当室温降到设定值后，空调低频运行，能效比会提高很多，就省电。

而定频空调是时开时停，能效比没变，平均下来就比变频空调耗电了。另外压缩机启动时电流也大，这个影响很小。

---为什么低频后，能效比会提高？

从软件模拟来看，其实低频后，本质上是因为卡诺效率提高了，所以能效比就提高了。

变频降频后，冷媒的质量流量降低了，相应制冷量降低了。

变频降频后，压缩机功率会降低，它的效率应是也会下降，因为最佳效率点会相应变了，无从知道效率的情况。

能效比=制冷量/功率，两者都降低了，因为卡诺效率提高了，实际需要的功率更小了，所以整体能效比上升了。

---为什么低频后，卡诺效率会提高？

这就有趣了，卡诺效率只和Th、Tc有关！

Th、Tc相差的温差越小，则卡诺效率越高！外机冷凝温度低、内机蒸发温度高，效率就会提高！

如果控制外机冷凝温度基本等于外界气温，内机蒸发温度基本等于预期室温，那效率是极其高的！但这是不现实的。

空调内机蒸发可能都在5~10度，这样内机散热器才不会太大。那能控制的就是外机的冷凝温度了。

Th、Tc只和膨胀阀（或毛细管）的前、后压力有关！

阀前压力决定了冷凝温度Th。

阀后压力决定了蒸发温度Tc。

低频后，膨胀阀前后的压差变小了，所以温差变小，卡诺效率提高。

变频空调采用电子膨胀阀，电子调节膨胀阀开度可调节，可减少前后的压差，使冷凝温度降低，从而提高卡诺效率，最终省电。

定频空调就采用固定的毛细管，无法调节压差的，压差不变，冷凝温度不变，故不管外界温度是多少，卡诺效率一直不变，能效比就基本一直不变！

---为什么定频空调不采用电子膨胀阀来省电？

非常有趣，因为定频的冷媒的质量流量一直那么大，制冷量一直那么大，需要的冷凝器的散热面积就较大，冷凝温度需要高于室外温度多一些，才能把冷媒全冷下来，比如冷凝温度45度，而室外温度是35度，相差10度才冷得下来。如果用膨胀阀人为调节减少压差，降低冷凝温度，那散热面积就不够用了，需要巨大无比的散热器，那不现实了。如果考虑到如果外温是30度时，冷凝温度可以降到40度，也能增加一点点能效，但为了这一点点加一个电子膨胀阀可能不太划算（外机还要加自控板等）。所以采用电子膨胀阀没有太大意义。我们的目标是要使冷凝温度能降低到接近外温，那卡诺效率及能效比才会提升。

当然，定频空调散热器越大，冷凝温度就可以越低，能效就能越高，代价就是￥贵很多，比如原定频1级，现4级能效，再往上就不如做变频划算了。

变频开低频后，冷媒的质量流量减少了，制冷量减少了，散热器就有富余了，就可以人为调节膨胀阀把压差减少，让冷凝温度降更多下来，这样卡诺效率就大大提高了。另外，冷媒流量减少了，膨胀阀需要的开度也不一样了，也必须要重新调节开度。因此，变频空调一定是会有电子膨胀阀的。

同理，变频空调的散热器越大，冷凝温度就可以越低，能效就能越高，代价就是￥贵，比如现1级能效，贵有贵的道理。

二、从《GB/T21455-2019 房间空气调节器能效限定值及能效等级》分析：

制冷工况是外温35度，室内温27度。低温制冷工况是外温29度，室内温27度。可见，低温制冷时，外温下降了6度。

另外，制冷的能效比的计算，是按不同的外温和时间来∑计算整个制冷季节的。

可见，29度外温以下的情况占了一半，35度以上的占比很小。大部分是在32度以下，如果32度以下能效比提高，那整体能效比就高，就能省不少电。这就是变频空调整体能效比高的原因。

三、从AUX变频空调说明书的数据分析：

SEER/HSPF/APF 6.52/3.81/5.23

制冷量(W) 3500(150～4750) ---应是对应国标的额定、最小、最大制冷量

制冷输入功率(W) 810(75~1650) ---应是对应相应的额定、最小、最大功率，算得能效比为4.3、2、2.9

中间制冷量/输入功率(W) 1650/390 ---能效比为4.23

低温额定制冷量/输入功率(W) 3500/700 ---能效比为5

低温中间制冷量/输入功率(W) 1650/201 ---能效比为8.2

可见：

最大功率1650W，即机子是按制冷量4750W（约2匹）的定频空调来做的！（可看出机子用料的好坏）这时是全频全速运行，能效比定频空调还要低些，才2.9。最大功率可能只有厂家测试时才调得出来，我们无法在遥控器上调出来。

额定功率810W，制冷量3500W（约1.5匹），这时有变频运行了，能效比4.3，比较高了。有变频后，能效比提高了一些。额定功率是长期正常运行功率，所以长期都是在最大功率的一半下运行。

最小功率75W，制冷量150W，能效比2.0，即在很低频率时，能效比也很低。因为压缩机效率很低了吧。

中间制冷时，是按正常工况（外温35度），但能效比也不高，才4.23，反而下降了一些，因为额定功率时已经降频过了，冷凝温度已经降过了，能效已经提高过了，再降频到中间制冷，冷凝温度也降不了多少，卡诺效率提高不了多少，而压缩机的效率下降更多，反而总能效比有点下降了。

就是说，外温35度时，从额定值810W 到中间值390W 之间能效比是比较高的，达4.3。已经比定频空调高不少了。

在低温制冷时（外温29度），能效比又提高了！空调负担轻了，冷凝温度又降了6度，卡诺效率大大提高，故能效比提高。

这时，中间值200W下能效比很高，达8。

这样推算出，如果外温是32度，那大概就是400W~500W左右能效比比较高，可能在6左右。

另外可见，如果外温一直是35度，房间刚开始降温时，空调按额定功率运行，能效比4.3。随后在维持温度阶段，即使需要的制冷量不大，以更低频的中间功率运行的能效比也仅是4.23，就是说功率开大开小差别不大，比定频空调省上一点吧。

如果外温下降，则能效比才会显著上升，和定频空调拉开较大距离。

可见，影响能效比的主要因素是外温。

因此，变频空调是大马拉小车，能很好地根据外温来调节冷凝温度，提高卡诺效率和能效比，达到省电目的。

四、其它分析

---是不是买一个大功率的变频空调，频率就开得更低，更省电？频率太低也不一定省电，压缩机效率更低了。空调是买大不买小，能更好拉小车，但到一定程度性价比就差了，所以稍大就行。

---变频空调用于除湿，应是比较省电？确实，通常南风天是在温度20~30度左右，这时变频空调能效很高，除湿很省电。除湿机都是定频的，费电。这是买变频空调的理由！但是空调除湿就吹冷风了，除湿机不会。况且南风天也不会太久。仁者见仁吧。

---最耗电的其实是一开始降温阶段

耗电的是把室内的物品全降温。单纯空气则没多少热量。

如果开窗通风，室内热量全跑了，温度升起来，就耗电了。热量不光是随外界空气来，也会传导对流辐射掉了。热量会流失比较快，有开门开窗什么的，就跑得很快。

没开门窗，只单纯换一次新风应不会耗多少热量，所以24小时开机的话，带新风的机子会比较好。

---省电实际测试

如果24小时一直开，那肯定变频省更多钱。如果一天就开那几个小时，那变频省的钱有限。

测了一下，家里卧室定频空调，只晚上睡觉开，开大约9小时，大约耗电4度。前期房间比较热，压缩机运行较久，后期就停停开开了。看了一下大约最后1小时耗电不到0.3度。所以如果是维持温度，可能8小时2~2.4度。

换变频空调后，晚上睡觉开，开大约9小时，大约耗电2度。比定频省电2度左右。大约最后1小时耗电0.16度。（大概数吧，各天数据有波动，有时波动挺大）。所以如果是维持温度，可能8小时1度多的电。（和外温有关系）

一个月省60度，5个月200块，几年省出空调差价。从这点看，上不上变频都可以。变频电路部件多，出故障可能性高，电路复杂（涉及内外机通讯、三相PWM控制等），无法自行改造，也不好修，修也更多钱。

变频空调说是8小时1度电，那就是约125W功率，空调按很低的频率在运行了，效率应该是很高？其实不太会按很低的频率运行吧，很低频率下压缩机效率低、能效比也不高，所以应该也是在较低功率下开开停停。

---清洗室外机

变频空调如果室外机散热不良，无法全部冷凝下来，就要提高冷凝温度，这样效率就会下降！

所以室外机洗散热片有好处。

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