多聯式低環境溫度空氣源熱泵熱風機節能標準解讀

梁科琳 亓新 李欣

1.廣東美的暖通設備有限公司 廣東佛山 528311；2.中國家用電器研究院 北京 100178

1 引言

熱泵是一種將低位熱源的熱能轉移到高位熱源的裝置，熱泵機組工作時，把環境介質（空氣）中貯存的低品位能量Q2在蒸發器中加以吸收；它本身消耗一部分高品位能量，即壓縮機耗電Q1；通過工質循環系統在冷凝器中進行放熱Q3（Q3=Q1+Q2），來加熱生活熱水、加熱地暖盤管采暖或與風機盤管結合給建筑物制冷。因此，熱泵技術具有高效節能、環保等一系列特點。“煤改電”低溫空氣源熱泵是熱泵的一種，其定義為：由電動機驅動的蒸氣壓縮制冷循環，以空氣源為熱（冷）源的熱泵（熱風/熱水）機組，并能在不低于-20℃的環境溫度正常工作。采用熱泵技術采暖的效率大約是直接電采暖效率的2～3倍，同時相對于傳統的采暖方式如燃煤、燃油、燃氣鍋爐等，空氣源熱泵系統的主要優勢還體現在空氣能資源充足、機組設置節約空間、運行管理方便、節能環保等方面，這也是“煤改電”大受歡迎的根本原因。隨著技術改善和工藝改進，空氣源熱泵低溫適用性問題得以解決，加上政府政策的引導，“煤改電”空氣源熱泵采暖必然迎來更大的市場機遇。

在當前的“煤改電”市場上，獲廣泛推廣的空氣源熱泵供暖主要有兩種形式，一種是每戶一套的空氣源熱泵熱水系統機組，這種是目前市場上應用最多的，都是采用水系統來達到與室內換熱的效果；另外一種就是每個房間一臺的空氣源熱泵熱風機，目前也有一定的市場占比。

空氣源熱泵熱水系統機組通過調節水溫采用熱水輻射采暖，但其設備初期成本較高，安裝復雜，售后維護較頻繁，特別是水系統部件故障率高，要考慮防凍問題，也難以滿足“部分空間”間歇供暖的需求，不利于節能；空氣源熱泵熱風機則多采用單元式一拖一熱泵熱風系統實現對流換熱，低溫下制熱能力強勁迅速，上下出風均勻，采暖效果好，高效節能，但局限于單個房間；考慮到戶式多個房間的供暖需求，則面臨投資成本高，室外機占地面積大的問題。因此，如何使設備投資成本降低，同時又滿足戶式不同房間的差異化溫度需求成為研究的重點。超低環境溫度下的多聯式空氣源熱泵熱風機的首次提出則滿足“煤改電”市場的這一迫切需求。超低溫全直流變頻多聯式空氣源熱泵熱風機既有效綜合了單元式一拖一熱泵熱風機的低溫制熱強勁迅速、出風均勻、高效節能等優點，滿足了戶式不同房間的差異化溫度需求，也有效降低了設備采購的初期成本，具備了廣泛推廣使用的有利條件。

2 多聯式熱風機介紹

多聯式低環境溫度空氣源熱泵熱風機（以下簡稱“多聯式熱風機”）是眾多熱泵技術中的一種，它以電能為驅動，冬季以室外空氣為熱源，將熱量由系統輸送至室內；夏季以室外空氣作為冷源，將冷量由系統輸送至室內。多聯式熱風機的主要優點如下：

（1）高效強熱，-20℃超低溫，制熱能力不衰減。

熱風機采用先進的直流變頻技術，可快速升溫供暖和降溫制冷（表1），在負荷穩定的情況下自動調節機組輸出與房間負荷匹配，保證室內溫度的穩定性（圖1）。

（2）房間溫度場均勻，防冷風，舒適性高。多聯式熱風機通過室內風機強制換熱，可較快輻射房間區域，使溫度場均勻（表2）；當系統化霜時，有防冷風功能。

（3）綠色環保。多聯式熱風機采用電能，避免了燃料燃燒排放，具有環保的功效。

（4）設備利用率高。多聯式熱風機冬夏可以共用一套設備，實現冬季供熱和夏季供冷，特別適合于類似北京冬冷夏熱氣候的既需采暖又需供冷的北方地區。

（5）節約空間資源。多聯式熱風機僅需要一個外機，即可滿足多個房間的采暖需求，且無需專門的機房（機組一般安裝在室外樓頂、平臺等處），節省了房間空間資源，增大了房間空間的利用率。

（6）操作簡單，安全可靠。多聯式熱風機不需要礦物燃料，因此避免了火災、爆炸等危險。設備一般采用自動運行，操作維護簡單。

（7）初投資成本和使用成本低。多聯式熱風機只需內外機銅管連接，無需復雜的水路連接系統和采暖設備，無防凍需求，運行人力成本低。

表1 快速升溫和降溫對比表

表2 房間溫度場均勻性數據表

表3 制熱季節各溫度的發生時間

3 多聯式熱風機節能評價方法

多聯式熱風機具有較多優點，預計會有較大的市場銷量，但沒有統一的評價體系無疑會降低產品的影響力。

如何規范多聯式熱風機的評價方法呢？若是直接采用GB/T 25857-2010給定的名義制熱量和IPLV(H)進行評價，對于主要用在低溫場所的多聯式熱風機來說，無疑是不合理，因為名義制熱量和IPLV(H)都是評價單點工況，且評價環境溫度范圍最低只有-12℃，對于低于-12℃的都沒有要求，而本標準提出的HSPF是從-20℃到15℃，整個采暖季節的綜合評價，更貼近實際，所以，以下考慮使用HSPF制熱季節性能系數進行測評。

HSPF制熱季節性能系數：在制熱季節中，多聯式熱風機制熱運行時需要向室內送入的熱量總和與消耗的電量總和之比，其值用Wh/Wh表示。

3.1 制熱季節時間和工況條件確定

（1）根據北京典型氣象年參數：《建筑節能氣象參數標準》JGJ/T 346-2014得出制熱季節室外溫度發生時間分布，見圖2、表3。

（2）工況條件

（a）房間熱負荷通過下述公式計算：

表4 負荷率確定的測試工況點

表5 HSPF實測數據表

圖1 機組在不同環溫下能力輸出曲線

圖2 制熱季節室外溫度發生時間分布圖

式中：

Lh(tj)——溫度（tj）時的房間熱負荷，W；

φful(-12)——多聯式熱風機的名義制熱量明示值，W。

（b）房間熱負荷率曲線，見圖3；根據負荷率確定測試工況點，測試數據見表4。

3.2 HSPF計算方法

A/B/C/D/E等五個工況測試后，再通過以下公式和計算過程得出HSPF：

式中：

nj——制熱季節中制熱的各溫度下工作時間，h；

COPbin(tj)——各工作溫度下的COP；

PRH(tj)——多聯式熱風機在溫度（tj）時，加入電熱裝置的消耗電量，Wh。

COPbin(tj)通過測試和計算獲得，計算示例如下：

在C、D、E工況試驗中，若多聯式熱風機的制熱量超過要求負荷的110%時，則與要求負荷相對應的COPbin(tj)通過下式進行計算：

式中：

COPDCE——C、D、E工況及規定的負荷率下連續制熱運行時測得的COP；

CD——通過測試獲得，或取默認值0.25；

CR——為制熱C、D、E工況下的能力率，等于相同溫度條件下熱負荷與多聯式熱風機制熱量之比，當制熱量低于熱負荷時，CR=1。

3.3 HSPF實測例子

HSPF實測數據表如表5所示。

4 技術要求

多聯式熱風機作為新推出的煤改電產品，高效節能是用戶較為關心的問題，所以必須滿足以下要求：

（1）以上B工況，實測的-12℃名義制熱量不應小于明示值的95%；

（2）以上A工況，實測的-20℃低溫制熱量不應小于明示值的95%，且不應低于名義制熱量明示值的90%；

（3）以上A/B工況實測的熱泵制熱消耗功率不應大于明示值的110%；

（4）以上B工況，實測的-12℃名義制熱性能系數不應低于明示值的95%，為且不應低于2.20W/W；

（5）以上A工況，實測的-20℃低溫制熱性能系數不應低于明示值的95%，為且不應低于1.80W/W；

（6）制熱季節性能系數HSPF，不應低于3.00Wh/Wh。

圖3 房間熱負荷率曲線圖

5 總結

清潔能源采暖替代燃煤采暖行動已經在如火如荼進行，多聯式低環境溫度空氣源熱泵熱風機作為新推出的采暖設備，應該被市場廣泛認知，同時應該有完善的節能評價體系，本文詳細介紹了多聯式熱風機的優點，同時提出了系統的節能評價體系，填補了行業空白，也能給消費者以更直觀的參考。通過本文介紹，消費者可以根據供需和消費能力，合理選擇自己的取暖設備，另外通過本文提出的評價體系可引導行業進行技術革新，推進產品的迭代升級，推動整個空調行業在節能舒適方向的健康發展。