GB/T 19409-2013《水（地）源热泵机组》国家标准解析

马金平，钟瑜，程立权，范欢欢，蔡松素，刘杰

（合肥通用机械研究院，安徽合肥 230088）

GB/T 19409-2013《水（地）源热泵机组》国家标准解析

马金平*，钟瑜，程立权，范欢欢，蔡松素，刘杰

（合肥通用机械研究院，安徽合肥 230088）

通过与上一版标准的比对分析，本文详细解读了国家标准GB/T 19409-2013《水（地）源热泵机组》，包括产品的定义与型式、测试方法与试验工况、性能系数限定值以及安全要求等内容，并指出了标准修订的初衷与解决的重点问题，为正确理解标准条款、评价产品性能提供了技术指导。

水源热泵；地源热泵；国家标准

0 引言

近年来，以水源、空气源为代表的热泵技术正得到快速的发展，各类新产品不断推陈出新。其中，水（地）源热泵机组与空气源热泵机组相比，因其热源侧温度相对稳定、制热时不需要除霜、不必使用辅助电加热和整机能效比较高等优点，在我国大部分地区尤其是华北被迅速推广使用。

2003年，《水源热泵机组》国家标准[1]应运而生，较好地统一了技术要求、规范了产品设计，推动了行业进步也活跃了市场氛围。近年来，随着产品和技术的发展，2003版标准在执行过程中逐渐暴露出一些不足之处，如：

1）水源热泵机组型式分类的表述不够完善；

2）水源热泵机组冷量的分档过分细化，增加了误判的风险和质量管控的成本；

3）单一的性能评价指标不利于水源热泵机组产品综合性能的提升和产品间的性能比较；

4）标准中的试验工况不适用于使用离心式压缩机的水源热泵机组，影响该类机组的推广使用；

5）水源热泵机组试验工况中的关键参数：进、出水温度，在实际试验时参数控制的可操作性差；且规定的进出水温度的方式与目前其他国标不统一。

2012年标准修订后，GB/T 19409-2013《水（地）源热泵机组》[2]（以下未特别指明的“标准”均指该标准）很好地解决了上述问题。该标准已于2014年10月1日开始正式实施。本文将对标准修订后主要的内容变化进行重点解析，以帮助使用者更好地理解标准条款，确保标准顺利实施。

1 产品的范围、定义与型式

在对水（地）源热泵机组的范围和分类进行广泛调研和科学分析研究的基础上，标准做了更加合理的界定和划分。

标准适用于采用电动机械压缩式制冷系统，且以循环流动于地埋管中的水或水井、湖泊、河流、海洋中的水或生活污水及工业废水或共用管路中的水为冷（热）源的水（地）源热泵机组。水（地）源热泵机组（以下简称“机组”）简言之就是以某种“特定的水”作为冷（热）源来制取冷（热）风或冷（热）水的设备。这种“特定的水”包含四类：① 公共管路中循环流动的水；② 江河湖海的水以及生活污水、工业废水等地表水；③ 水井中抽取的地下水；④ 在地埋管中循环流动的水。四类水源分别对应了水环式、地表水式、地下水式和地埋管式四种机型。这种以水源类型进行的型式划分相对2003版标准的变化可参见表1。

表1 水源热泵机组的型式变化

在理解产品的定义与型式时，应注意到：

1) 标准的范围和水源热泵机组的定义中，“冷热源”的定语比较长，不易断句，大家可以参照表1按“从地下到地上”的顺序来理解和记忆；

2) 地表水中增加了“生活污水”和“工业废水”，这主要是采纳了GB 50366-2005《地源热泵系统工程技术规范》[3]条文说明中对于地表水的解释；

3) 水源热泵中的“水”不必为一般意义上的纯净的水，它还可以是各类水溶液，如盐水或是添加了防冻剂的水溶液（如乙二醇溶液）等，这可根据机组实际所使用的热源流体而定；

4) 机组按照功能划分时，除了单冷型和热泵型，还根据实际情况补充了单热型，但主要针对于冷热水型机组。

2 测试方法

在进行机组的制冷量和制热量试验时，风侧的试验方法参照GB/T 17758-2010《单元式空气调节机》[4]附录A，水侧的试验方法参照GB/T 10870《容积式和离心式冷水（热泵）机组 性能试验方法》[5]。

标准鼓励采取不同的试验方法来获得产品的制冷、制热性能数据，但是当需要进行测试结果的比对验证或是产品测试存在争议时，其校准试验必须采用空气焓差法和液体载冷剂法。标准的这一规定既给测试以灵活处理的空间，同时在权威性方面又具有高度的统一性。

3 试验工况

标准对试验工况的调整主要体现在以下几个方面。

1）机组热源侧的工况参数进、出水温度的组合改为进水温度和水流量的组合；冷热水型机组使用侧的工况参数进、出水温度的组合改为出水温度与水流量的组合。上述内容详见标准的表4和表5。该调整一方面使得试验的可操作性大大提升，另一方面也与冷水机组等其他产品标准一致，与国际标准接轨。根据现行的冷冻空调设备标准体系，新制修订的相关标准中关于水侧工况的规定均已统一为进水（或出水）温度和水流量的组合方式。

对于冷热风型机组，热泵型机组进行制热工况试验运行时，其单位制冷（热）量水流量应直接采用名义制冷工况确定的单位制冷（热）量水流量，即制冷工况和制热工况时的水流量相同。单热型机组仅需进行制热工况试验，进行该工况运行时，其单位制冷（热）量水流量应采用名义制热量计算确定的水流量。

对于冷热水型机组，热泵型机组做制热运行时其单位制冷（热）量水流量应直接采用名义制冷工况确定的单位制冷（热）量水流量。单热型机组仅需进行制热工况试验，此时无论使用侧还是热源侧，其单位制冷（热）量水流量均采用依据7℃设计温差和名义制热量计算确定的水流量。

2）标准中提出了针对离心式冷热水型机组的试验工况。2003版标准制定时，机组所配置的压缩机几乎全都是容积式制冷压缩机，因此2003版标准规定的机组试验工况仅与容积式制冷压缩机的运行域相适应。近年来，随着离心式压缩机在冷热水型机组上的推广应用，机组的制冷（热）量的上限能力得到了大幅提升。而使用离心式压缩机的机组运行域与使用容积式制冷压缩机的机组运行域不同，因此，标准在修订时考虑到该类型机组运行的特殊性，尤其是在进行极限工况运行和变工况运行时的差异，从而明确了与离心制冷压缩机相适应的试验工况。

当然，不论是使用涡旋式制冷压缩机、螺杆式制冷压缩机还是离心式制冷压缩机的机组，在进行性能评价时所采用名义工况是一致的，只有统一的性能评价比较平台才能反映机组制冷制热性能和彼此之间的差异，引导产品主动优化配置，向着更加科学、合理的方向发展。

3）由于机组型式的调整，原“地下水式”实质性的拆分成了“地表水式”和“地下水式”，因此原来以江河湖海中的水为冷热源的水源热泵机组，就要转而执行新的试验工况。对于某些热泵型的该类机组，由于原换热器是同时兼顾两种温差来进行设计的，故相关生产企业应重新对该类型产品的性能进行摸底评估，必要时可重新优化换热器的设计。

4）对于冷热水型机组，由于蒸发器侧、冷凝器侧均为水-水换热，环境空气状态对机组性能测试的影响基本可以忽略不计，因此标准取消了环境工况要求。同时，凝露问题也不是冷热水型机组制冷时的突出矛盾，故凝露工况也被删除。凝露的相关要求只针对冷热风型机组的制冷运行状态。上述修改保持了与GB/T 18430系列标准[6-7]的一致性。

5）考虑到试验的可操作性，标准将冷热风型地埋管式（原地下环路式）机组名义制热工况中的热源侧进水温度由0 ℃调整为10 ℃，最小运行和变工况运行的进水温度也同比上调了10 ℃，由-5 ℃改为5 ℃。这样，确保热源侧测试流体使用当地生活用水即可。

6）为了使得试验工况稳定，并能获得准确的测量数据，除了对温湿度设置读数允差外，笔者认为试验电压和水流量也很重要，对名义值的偏差控制在±5%以内比较合适。

4 性能系数限定值

标准在对产品的制冷和制热性能要求进行修订时，主要基于以下三方面的考量：

1）什么样的评价指标更合理？

2）是否可以简化机组的冷量分档？

3）性能限定值如何确定？

随着制冷空调产品的不断发展和测试评价体系的逐步完善，使用单一能效比EER或性能系数COP来评价产品性能的方法越来越遭到诟病，于是，IPLV、APF等新的评价指标应运而生。考虑到水源热泵机组的热源侧水源温度相对稳定（尤其是地下水式和地埋管式），因此直接采用IPLV或APF指标考核也不尽合理。为了鼓励热泵技术向北发展和保持自然界热源平衡的需要，标准创造性地提出了全年综合性能系数ACOP的概念，采用水源热泵能效比与性能系数的加权来作为其能效评价性能参数，加权系数为北京、哈尔滨、武汉、南京、广州五个典型城市办公建筑中总制冷小时数和总制热小时数的占比。计算公式为：

标准起草工作组在进行机组简化分档的研究时采集了大量的试验数据[8]，通过对数百台各种型式水源热泵的能效进行比较、分析后发现：

1) 采用涡旋式压缩机的机组一般冷量都在150 kW以下，而采用螺杆式压缩机的机组其冷量一般在150 kW以上；

2) 冷热风型机组以小机组偏多，且冷量越小集中度越高；

3) 水环式冷热风型机组ACOP平均值约为3.8，约80%的机组能超过3.5；150 kW以下水环式冷热水型机组ACOP平均值约为4.2，约80%的机组能超过3.8；150 kW以上水环式冷热水型机组ACOP平均值约为4.7，约90%超过4.0；

4) 150 kW以下地下水式冷热水型机组ACOP平均值约为4.5，约80%的机组能超过3.9；150 kW以上地下水式冷热水型机组ACOP平均值约为5，约80%的机组能超过4.4；

5) 根据公式(1)将2003版标准中的EER和COP限值进行转化，转化结果参见表2。

从表2中可以看出：① 水环式和地下环路式两类机组的ACOP限值每一档都非常接近，因此可以统一。② 150 kW以下的每种类型机组，其ACOP限值的级差都很小，最高值和最低值的差值基本都在0.25以内，因此再分档加以区别意义不大；150 kW以上机组差别则更小。③ 地下水式机组ACOP明显优于其它类型机组，一般冷热风型高0.26左右，冷热水型机组高0.28左右。

表2 由原标准转化的ACOP限定值

标准综合以上各因素后，再结合当前行业发展的现状、趋势和潜力，最终将水源热泵机组的全年综合性能系数确定如表3所示。

表3 热泵型机组的ACOP限值

基于同样的方法和思路，标准也最终确定了单冷型机组EER和单热型机组COP的限值，分别如表4和表5所示。新增的地表水式机组执行与地埋管式同样的标准。

表4 单冷型机组的EER限值

表5 单热型机组的COP限值

这里需要说明以下3点。① 对于热泵型机组，标准没有规定必须单独考核EER和COP，而是只要ACOP达标即可。这体现了不再单一追求机组制冷或制热效果的思路，而是要求设计人员从一开始就专注于机组整体性能的均衡性。② 标准修订时虽然增加了单热型机组，但是鉴于该类型机组较为少见，且目前只有热水型机组，故单热型热风型机组没有规定COP限值，但仍要满足不低于明示值92%的要求。③ 标准的表3中，CC对于单热型机组为名义制热量，对于单冷和热泵型机组则均表示名义制冷量。

5 安全要求

比照新老标准第7章“检验项目”的表格，我们发现有关安全方面的检验项目并未发生变化。而实际情况是，标准对产品安全方面的要求已经完全脱离了之前的评价体系。

2003版标准对产品安全的评价分别从“制冷系统安全”、“机械安全”和“电气安全”三个方面着眼，其中电气安全所选的8个考查项目也都是基于GB 4706家用和类似用途电器的安全。

随着我国冷冻空调设备标准体系的不断完善，一套行业特有的安全评价体系正被逐渐勾勒出来，尤其是GB 25130-2010《单元式空气调节机 安全要求》[9]和GB 25131-2010《蒸气压缩循环冷水（热泵）机组 安全要求》[10]两个标准的颁布实施，基本奠定了各类产品安全评价的基础，使得产品标准中无需再对共性的安全问题进行赘述，而只需对上述标准条款的适用性和具体产品的特殊性进行衡量。

综上，标准修订后，其安全要求和试验方法完全指向了GB 25131[10]，标准表8中的安全检验项目要对应GB 25131[10]去理解，如“泄漏电流”、“电气强度”和“接地电阻”就分别指“绝缘电阻”、“耐电压”和“接地装置”。

6 结论

此次《水（地）源热泵机组》标准的修订，是时隔10年后对水源热泵技术水平和产品现状的一次彻底梳理，通过更加科学合理的型式分类，让不同水源的热泵机组重新明确了各自的试验工况和性能要求，使得该类产品的评价体系更加合理、科学、完善，为水地源热泵技术和产品向纵深方向发展奠定了基础。

标准修订后，从产品型式、测试工况到评价指标变化都比较大，虽然起草组采集了大量的测试数据以期发现更多的规律，但是考虑到机组性能每三到五年就会迈上一个台阶，因此这些变化的合理性还有待实践的进一步检验。

[1] GB/T 19409-2003 水源热泵机组[S].

[2] GB/T 19409-2013 水（地）源热泵机组[S].

[3] GB 50366-2005 地源热泵系统工程技术规范[S].

[4] GB/T 17758-2010 单元式空气调节机[S].

[5] GB/T 10870 容积式和离心式冷水（热泵）机组 性能试验方法[S].

[6] GB/T 18430.1-2001 蒸气压缩循环冷水（热泵）机组 工商业用和类似用途的冷水（热泵）机组[S].

[7] GB/T 18430.2-2001 蒸气压缩循环冷水（热泵）机组 户用和类似用途的冷水（热泵）机组[S].

[8] 张明圣, 彭飞, 钟瑜. GB/T 19409《水源热泵机组》修订中的几个关键问题[J]. 制冷技术, 2012, 32(3): 46-50.

[9] GB 25130-2010 单元式空气调节机 安全要求[S].

[10] GB 25131-2010 蒸气压缩循环冷水（热泵）机组 安全要求[S].

Analysis of GB/T 19409-2013 "Water Source (Ground Source) Heat Pump Units" National Standard

MA Jin-ping*, ZHONG Yu, CHENG Li-quan, FAN Huan-huan, CAI Song-su, LIU Jie
(Hefei General Machinery Research Institute, Hefei, Anhui 230088, China)

Based on the comparisons of the last version and the revised version of GB/T 19409-2013 "Water Source (Ground Source) Heat Pump units" national standard, the contents were studied in detail, including definitions, types, testing methods and conditions, performance coefficient limits and safety requirements, etc. The original intention and the key problems to be solved are pointed out. The research results provide the technical guidance for better understanding the items of the standard and for performance evaluation of the products.

Water source heat pumps; Ground source heat pumps; National standard

10.3969/j.issn.2095-4468.2015.02.203

*马金平（1979-），男，工程师，学士。研究方向：制冷空调。联系地址：安徽省合肥市长江西路888号，邮编：230031。联系电话：0551-65335461。E-mail：beingo@163.com。

国家科技支撑计划课题：《基于多能互补建筑节能及综合调控技术》（课题号：2012BAA13B02）