多联式低环境温度空气源热泵热风机节能标准解读

梁科琳 亓新 李欣

1.广东美的暖通设备有限公司 广东佛山 528311；2.中国家用电器研究院 北京 100178

1 引言

热泵是一种将低位热源的热能转移到高位热源的装置，热泵机组工作时，把环境介质（空气）中贮存的低品位能量Q2在蒸发器中加以吸收；它本身消耗一部分高品位能量，即压缩机耗电Q1；通过工质循环系统在冷凝器中进行放热Q3（Q3=Q1+Q2），来加热生活热水、加热地暖盘管采暖或与风机盘管结合给建筑物制冷。因此，热泵技术具有高效节能、环保等一系列特点。“煤改电”低温空气源热泵是热泵的一种，其定义为：由电动机驱动的蒸气压缩制冷循环，以空气源为热（冷）源的热泵（热风/热水）机组，并能在不低于-20℃的环境温度正常工作。采用热泵技术采暖的效率大约是直接电采暖效率的2～3倍，同时相对于传统的采暖方式如燃煤、燃油、燃气锅炉等，空气源热泵系统的主要优势还体现在空气能资源充足、机组设置节约空间、运行管理方便、节能环保等方面，这也是“煤改电”大受欢迎的根本原因。随着技术改善和工艺改进，空气源热泵低温适用性问题得以解决，加上政府政策的引导，“煤改电”空气源热泵采暖必然迎来更大的市场机遇。

在当前的“煤改电”市场上，获广泛推广的空气源热泵供暖主要有两种形式，一种是每户一套的空气源热泵热水系统机组，这种是目前市场上应用最多的，都是采用水系统来达到与室内换热的效果；另外一种就是每个房间一台的空气源热泵热风机，目前也有一定的市场占比。

空气源热泵热水系统机组通过调节水温采用热水辐射采暖，但其设备初期成本较高，安装复杂，售后维护较频繁，特别是水系统部件故障率高，要考虑防冻问题，也难以满足“部分空间”间歇供暖的需求，不利于节能；空气源热泵热风机则多采用单元式一拖一热泵热风系统实现对流换热，低温下制热能力强劲迅速，上下出风均匀，采暖效果好，高效节能，但局限于单个房间；考虑到户式多个房间的供暖需求，则面临投资成本高，室外机占地面积大的问题。因此，如何使设备投资成本降低，同时又满足户式不同房间的差异化温度需求成为研究的重点。超低环境温度下的多联式空气源热泵热风机的首次提出则满足“煤改电”市场的这一迫切需求。超低温全直流变频多联式空气源热泵热风机既有效综合了单元式一拖一热泵热风机的低温制热强劲迅速、出风均匀、高效节能等优点，满足了户式不同房间的差异化温度需求，也有效降低了设备采购的初期成本，具备了广泛推广使用的有利条件。

2 多联式热风机介绍

多联式低环境温度空气源热泵热风机（以下简称“多联式热风机”）是众多热泵技术中的一种，它以电能为驱动，冬季以室外空气为热源，将热量由系统输送至室内；夏季以室外空气作为冷源，将冷量由系统输送至室内。多联式热风机的主要优点如下：

（1）高效强热，-20℃超低温，制热能力不衰减。

热风机采用先进的直流变频技术，可快速升温供暖和降温制冷（表1），在负荷稳定的情况下自动调节机组输出与房间负荷匹配，保证室内温度的稳定性（图1）。

（2）房间温度场均匀，防冷风，舒适性高。多联式热风机通过室内风机强制换热，可较快辐射房间区域，使温度场均匀（表2）；当系统化霜时，有防冷风功能。

（3）绿色环保。多联式热风机采用电能，避免了燃料燃烧排放，具有环保的功效。

（4）设备利用率高。多联式热风机冬夏可以共用一套设备，实现冬季供热和夏季供冷，特别适合于类似北京冬冷夏热气候的既需采暖又需供冷的北方地区。

（5）节约空间资源。多联式热风机仅需要一个外机，即可满足多个房间的采暖需求，且无需专门的机房（机组一般安装在室外楼顶、平台等处），节省了房间空间资源，增大了房间空间的利用率。

（6）操作简单，安全可靠。多联式热风机不需要矿物燃料，因此避免了火灾、爆炸等危险。设备一般采用自动运行，操作维护简单。

（7）初投资成本和使用成本低。多联式热风机只需内外机铜管连接，无需复杂的水路连接系统和采暖设备，无防冻需求，运行人力成本低。

表1 快速升温和降温对比表

表2 房间温度场均匀性数据表

表3 制热季节各温度的发生时间

3 多联式热风机节能评价方法

多联式热风机具有较多优点，预计会有较大的市场销量，但没有统一的评价体系无疑会降低产品的影响力。

如何规范多联式热风机的评价方法呢？若是直接采用GB/T 25857-2010给定的名义制热量和IPLV(H)进行评价，对于主要用在低温场所的多联式热风机来说，无疑是不合理，因为名义制热量和IPLV(H)都是评价单点工况，且评价环境温度范围最低只有-12℃，对于低于-12℃的都没有要求，而本标准提出的HSPF是从-20℃到15℃，整个采暖季节的综合评价，更贴近实际，所以，以下考虑使用HSPF制热季节性能系数进行测评。

HSPF制热季节性能系数：在制热季节中，多联式热风机制热运行时需要向室内送入的热量总和与消耗的电量总和之比，其值用Wh/Wh表示。

3.1 制热季节时间和工况条件确定

（1）根据北京典型气象年参数：《建筑节能气象参数标准》JGJ/T 346-2014得出制热季节室外温度发生时间分布，见图2、表3。

（2）工况条件

（a）房间热负荷通过下述公式计算：

表4 负荷率确定的测试工况点

表5 HSPF实测数据表

图1 机组在不同环温下能力输出曲线

图2 制热季节室外温度发生时间分布图

式中：

Lh(tj)——温度（tj）时的房间热负荷，W；

φful(-12)——多联式热风机的名义制热量明示值，W。

（b）房间热负荷率曲线，见图3；根据负荷率确定测试工况点，测试数据见表4。

3.2 HSPF计算方法

A/B/C/D/E等五个工况测试后，再通过以下公式和计算过程得出HSPF：

式中：

nj——制热季节中制热的各温度下工作时间，h；

COPbin(tj)——各工作温度下的COP；

PRH(tj)——多联式热风机在温度（tj）时，加入电热装置的消耗电量，Wh。

COPbin(tj)通过测试和计算获得，计算示例如下：

在C、D、E工况试验中，若多联式热风机的制热量超过要求负荷的110%时，则与要求负荷相对应的COPbin(tj)通过下式进行计算：

式中：

COPDCE——C、D、E工况及规定的负荷率下连续制热运行时测得的COP；

CD——通过测试获得，或取默认值0.25；

CR——为制热C、D、E工况下的能力率，等于相同温度条件下热负荷与多联式热风机制热量之比，当制热量低于热负荷时，CR=1。

3.3 HSPF实测例子

HSPF实测数据表如表5所示。

4 技术要求

多联式热风机作为新推出的煤改电产品，高效节能是用户较为关心的问题，所以必须满足以下要求：

（1）以上B工况，实测的-12℃名义制热量不应小于明示值的95%；

（2）以上A工况，实测的-20℃低温制热量不应小于明示值的95%，且不应低于名义制热量明示值的90%；

（3）以上A/B工况实测的热泵制热消耗功率不应大于明示值的110%；

（4）以上B工况，实测的-12℃名义制热性能系数不应低于明示值的95%，为且不应低于2.20W/W；

（5）以上A工况，实测的-20℃低温制热性能系数不应低于明示值的95%，为且不应低于1.80W/W；

（6）制热季节性能系数HSPF，不应低于3.00Wh/Wh。

图3 房间热负荷率曲线图

5 总结

清洁能源采暖替代燃煤采暖行动已经在如火如荼进行，多联式低环境温度空气源热泵热风机作为新推出的采暖设备，应该被市场广泛认知，同时应该有完善的节能评价体系，本文详细介绍了多联式热风机的优点，同时提出了系统的节能评价体系，填补了行业空白，也能给消费者以更直观的参考。通过本文介绍，消费者可以根据供需和消费能力，合理选择自己的取暖设备，另外通过本文提出的评价体系可引导行业进行技术革新，推进产品的迭代升级，推动整个空调行业在节能舒适方向的健康发展。