变频和定频

1902 年,威利斯 开利(Willis Carrier)受委托为一家印刷厂设计降低空气湿度的设备,没想到造出了第一台现代空调。自此之后,空调逐渐成为现代生活的图腾。

舒适的温湿度是当代社会的第一生产力,如果评选什么发明对生活舒适度的提升最多,空调一定当仁不让。

最初的空调都是「定频空调」,因其直接用市电,供电频率固定。定频空调压缩机的转速由供电频率决定,供电频率固定,转速也就固定,所以也叫「定速空调」。

这种空调要么全速运行,要么停止运行,通过开开关关维持设定温度,其运行模式一般是:

  • 开机,压缩机全速运行。

  • 达到设定温度,压缩机停止运转。

  • 温度超出设定,压缩机再启动,如此循环。

直到后来变频技术出现,空调的运行模式才有了大的改变。

空调:变频还是定频?-器物与我

定频空调和变频空调运行模式对比,来源:香港机电工程署

实际上,变频空调叫「变速空调」更为准确,因为它们的压缩机有「交流」和「直流」两种,前者通过改变「供电频率」调整转速,后者则通过改变「供电电压」调整转速。

变频压缩机的转速可以调到比定频更高,也可以调至更低,因此可通过精确输出制冷(热)量,实现不停机维持设定温度,其运行模式一般是:

  • 开机,压缩机高速运转。

  • 到达设定温度,压缩机低速运转。

能源效率

空调是个用电大户,其能效直接关乎用电量。一般而言,空调能效越高,越省电,但能效越高,售价也越高。

  • 制冷(热)效率 = 制冷(热)量 / 制冷(热)功率

简单的说法是:变频空调的能效高于定频,或者说变频空调的能效更易提高。因为:

  • 压缩机转速越高,空调的制冷(热)能力越强。变频压缩机转速更高,同样的供电条件下制冷(热)能力更强。

  • 变频空调可以持续运行,避免了开开关关带来的额外能耗。

  • 变频空调可以根据实际需要,精确调整功率和转速,制冷(热)能力和实际需要更匹配,能源浪费较更少。

下面是江苏消协的壁挂空调评测,显而易见,大部分变频空调的制冷效率明显高于定频。

空调:变频还是定频?-器物与我

江苏消协空调评测,定频空调和变频空调的「制冷效率」和「制冷量」分布,数据来源:江苏消协

不过,变频空调的价格通常高于定频。在此评测中,制冷量相近的定频空调和变频空调,差价往往在一千以上。

空调:变频还是定频?-器物与我

江苏消协空调评测中,定频空调和变频空调的各项平均值,来源:江苏消协

需要注意的是,空调制冷(热)效率一般是在最大负荷(全速运行)下测得,而在日常使用中,变频空调并非一直全速运行。

下面是香港消委会的变频空调测试,可见,半负荷下测得的能效大大高于全负荷。

空调:变频还是定频?-器物与我

香港消委会 2017 年变频空调评测中,「最大负荷能效比」和「半负荷能效比」的平均值,来源:选择月刊 487 期

因此,在实际使用中变频空调会比能效数值显示的更省电,一般认为可以省 3 到 4 成左右。

空调:变频还是定频?-器物与我

不同机构对空调「实际省电能力」的观点,略有改动,来源:香港机电工程署选择月刊 475 期大金

舒适性和噪音

一台空调的温度舒适性如何,主要看它对房间温度的调节是否准确、稳定、均匀。也就说是,实际温度离设定温度越近越好,温度波动越小越好,各位置的温度越接近越高。

一般认为,变频空调的温度准确性和稳定性优于定频空调。

  • 变频空调压缩机可以根据实际需要,精确输出制冷(热)量,调温更准确。

  • 变频空调接近设定温度后,可以降低转速,输出刚好可以维持室温的制冷(热)量,温度波动更小。

空调:变频还是定频?-器物与我

不同机构对空调「舒适性」和「噪音」的观点,略有改动,来源:香港机电工程署ChoiceACDA

分体式空调最大的噪音源是室外机里的压缩机,一般认为,变频空调压缩机可以低速运行,噪音比定频更小。

  • 变频压缩机根据需要调整转速,不必长时间全速运行,噪音得以降低。

就拿香港消委会的空调评测来说,两种空调在「室内机」宁静程度项目上得分相近,但在「室外机」宁静程度项目上,变频空调的得分整体高于定频。

空调:变频还是定频?-器物与我

香港消委会空调评测,定频空调和变频空调「宁静程度(室外机)」得分(五分制),数据来源:选择月刊  475 期

可靠性

可靠性是个复杂的问题,安装情况、使用环境、使用习惯等等变量都会影响最终结果。从供电方式和运行模式的角度来看,我们可以认为:变频空调的可靠性高于定频。

  • 变频空调有变频器,既可以作为市电和压缩机之间的屏障,也可以优化压缩机的运行。

  • 变速空调可以持续运行,避免了频繁开机、关机带来的额外损耗。

空调:变频还是定频?-器物与我

不同机构对空调「可靠性」的观点,略有改动,来源:ACDAAppliance Design Magazine

变频是大势所趋

空调、冰箱、洗衣机,从定频到变频是大势所趋。由于能效标准的限制,在各国的电器市场上,变频空调的比例越来越高。

在日本,几乎 100% 的家用空调都采用变频器(注:即「变频空调」)。

来源:Energy-Saving Technologies for Inverter Air Conditioners – Kazunobu Ohyama、Toshinari Kondo

空调:变频还是定频?-器物与我

分体式空调器各国能效限定值对比,来源:《环境标志产品技术要求 房间空气调节器(征求意见稿)》

无论你关注省电能力(能源效率)、舒适性,还是可靠性,变频都比定频更符合你的预期。较高的售价是阻碍变频空调的最大因素,所以本文的建议是:

  • 在预算允许范围内,尽量买变频。

主要来源

叹冷气如何悭电?高效变频式冷气机节省逾两成电费 – 香港消委会

变频式冷气机比传统定频式节电四成 – 香港消委会

分体式冷气机测试报告 – 香港消委会

壁挂空调能效比较试验报告 – 江苏消协

环境标志产品技术要求 房间空气调节器(征求意见稿)- 中日友好环境保护中心

Variable Speed Room Air conditioner – 香港机电工程署

Looking for a built-in air conditioner? – Choice

AIR CONDITIONERS –  Energy Rating

OUR EDUCATION CENTER – ACDA

Variable Speed Compressors Change the Game for HVAC/R Industry – Appliance Design Magazine