馬金平，張明圣，李志亮，謝寶剛，胡一清

（1-合肥通用機(jī)械研究院有限公司，安徽合肥 230031；2-合肥通用機(jī)電產(chǎn)品檢測院有限公司，安徽合肥 230031）

0 引言

空氣源熱泵是基于熱力學(xué)原理，以空氣為低溫?zé)嵩?，通過電動機(jī)驅(qū)動的蒸氣壓縮制冷循環(huán)，使熱量從低溫環(huán)境流向高溫環(huán)境，從而制取冷熱風(fēng)或冷熱水的裝置。空氣源熱泵具有簡單、高效、安全和無污染的優(yōu)點(diǎn)，近五年來市場總體維持高速發(fā)展[1]，尤其是在國家煤改清潔能源政策的推動下發(fā)展迅速[2]，不但創(chuàng)造了突出的市場表現(xiàn)，也不斷克服壓縮機(jī)能力限制和蒸發(fā)器結(jié)霜[3]等系列技術(shù)難題，通過采用小溫差換熱系統(tǒng)[4]、多級壓縮和變溫控制策略[5]等新產(chǎn)品、新技術(shù)和新方法，將空氣源熱泵產(chǎn)品引入更加廣闊的市場空間。隨著空氣源熱泵技術(shù)的不斷突破和產(chǎn)品的多元化發(fā)展，空氣源熱泵的產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)也逐步得到豐富和完善，不斷地推陳出新。

2018年11月，國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 25127—2010[6-7]《低環(huán)境溫度空氣源熱泵（冷水）機(jī)組》完成修訂，同期，行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《地板采暖用空氣源熱泵熱水機(jī)組》完成制定。2019年8月，行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《空氣源熱泵冷熱水兩聯(lián)供機(jī)組》也完成了制定。這些標(biāo)準(zhǔn)均已由全國冷凍空調(diào)設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會（以下簡稱“冷標(biāo)委”）上報(bào)至相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)化主管部門，將獲得批準(zhǔn)發(fā)布。至此，我國空氣源熱泵冷熱水機(jī)組的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系已基本成型。

隨著國家的標(biāo)準(zhǔn)化戰(zhàn)略不斷向市場調(diào)節(jié)的方向傾斜，各類團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)數(shù)量增加較快，但質(zhì)量良莠不齊，大大增加了工程技術(shù)人員學(xué)習(xí)和使用標(biāo)準(zhǔn)的難度，甚至干擾了技術(shù)發(fā)展的方向。為了幫助有關(guān)人員明確標(biāo)準(zhǔn)間的關(guān)系，深入學(xué)習(xí)和了解我國空氣源熱泵冷熱水機(jī)組產(chǎn)品的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系，本文結(jié)合現(xiàn)行蒸氣壓縮循環(huán)冷水（熱泵）機(jī)組的標(biāo)準(zhǔn) GB/T 18430.1—2007[8]和 GB/T 18430.2—2016[9]（以下簡稱 GB/T 18430），闡述了上述新標(biāo)準(zhǔn)間的技術(shù)差異和內(nèi)在聯(lián)系，分析了標(biāo)準(zhǔn)體系構(gòu)建的思路，從標(biāo)準(zhǔn)的層面指出未來空氣源熱泵技術(shù)的發(fā)展方向。

1 標(biāo)準(zhǔn)的范圍

由表1可知，各個標(biāo)準(zhǔn)既有區(qū)別，又有關(guān)聯(lián)。

從用途上看：GB/T 18430既包含了用于空氣調(diào)節(jié)目的的冷熱水制取，也包含了用于工商業(yè)工藝流程目的的冷熱水制取，其他標(biāo)準(zhǔn)不論末端是何種形式，均只涉及空氣調(diào)節(jié)用冷熱水制取。

從冷熱功能上看：最早制定的 GB/T 18430以制取冷水為主要目的，兼具制熱功能，所以叫“冷水（熱泵）機(jī)組”；后制定的GB/T 25127—2010[6-7]針對的產(chǎn)品適用地域北移，以制取熱水為主要目的，兼具制冷功能，因此稱為“熱泵（冷水）機(jī)組”。地板采暖機(jī)組只能制熱，冷熱水兩聯(lián)供機(jī)組是制冷與制熱并重，在設(shè)計(jì)初始就須考慮制熱能力至少應(yīng)滿足冬季熱負(fù)荷97%以上的需求。由于機(jī)組的功能服務(wù)于用途，因此設(shè)計(jì)應(yīng)以功能為導(dǎo)向。家用空調(diào)冬季制熱效果不佳，原因之一是選購的空調(diào)在設(shè)計(jì)之初僅考慮滿足冷負(fù)荷需求。

帶有兩個部分標(biāo)準(zhǔn)的 GB/T 18430和GB/T 25127（指GB/T 25127.1和GB/T 25127.2的報(bào)批稿，下同）均以制冷量/制熱量大小來區(qū)分大機(jī)組（工商業(yè)用）和小機(jī)組（戶用），其界限分別是50 kW的制冷量和35 kW的制熱量。35 kW制熱量是依據(jù)50 kW制冷量除以經(jīng)驗(yàn)系數(shù)1.4近似換算而來，保持了標(biāo)準(zhǔn)間的內(nèi)在統(tǒng)一性。因此，對機(jī)組能力大小的劃分，兩個標(biāo)準(zhǔn)實(shí)質(zhì)上是一致的。但是這種劃分屬于單元劃分或管理需要，不排除臨界點(diǎn)附近的機(jī)組在用途上有交叉。其余兩個標(biāo)準(zhǔn)在各自產(chǎn)品的型式劃分中（包括性能要求等），也依據(jù)此界限做了工商業(yè)用和戶用的區(qū)分。

表1 標(biāo)準(zhǔn)的適用范圍

2 機(jī)組的型式

標(biāo)準(zhǔn)的第4章通常會以不同方式對產(chǎn)品的型式進(jìn)行劃分，以體現(xiàn)產(chǎn)品的不同屬性。表2給出了各機(jī)組型式的對比。

從熱源側(cè)的情況而言：GB/T 18430的冷水（熱泵）機(jī)組有多種熱源，所以可以是水冷式和風(fēng)冷式（或蒸發(fā)冷卻式），而其它幾個標(biāo)準(zhǔn)涉及的產(chǎn)品均為空氣源，只有風(fēng)冷一種型式。

從制冷制熱的功能上而言：地板采暖機(jī)組顯然只有單熱型，其它機(jī)組都既有制熱也有制冷，但是也有所區(qū)別。GB/T 18430的冷水（熱泵）機(jī)組在設(shè)計(jì)時以制冷為根本出發(fā)點(diǎn)，優(yōu)先考慮冷負(fù)荷；而GB/T 25127的熱泵（冷水）機(jī)組在設(shè)計(jì)時以制熱為出發(fā)點(diǎn)，優(yōu)先考慮熱負(fù)荷。因此前者分單冷型和冷暖型，而后者分單熱型和冷暖型。兩聯(lián)供機(jī)組要求必須同時滿足供冷和供熱，因此只能是冷暖型。

從容量的劃分而言：以制冷為根本出發(fā)點(diǎn)（或冷熱并重）的產(chǎn)品以制冷量大小來區(qū)分戶用和工商業(yè)用，標(biāo)準(zhǔn)以名義制冷量50 kW為界；以制熱為根本出發(fā)的產(chǎn)品則以制熱量大小區(qū)分，標(biāo)準(zhǔn)以名義制熱量35 kW為界。

從機(jī)組所適用的環(huán)境溫區(qū)而言：最早出現(xiàn)的是GB/T 18430管轄的冷水機(jī)組，其主要用于零上或略低于零度的環(huán)境；為解決北方霧霾，在國家煤改清潔能源等政策的大力推動下，GB/T 25127管轄的低環(huán)溫?zé)岜卯a(chǎn)品迅速發(fā)展，將產(chǎn)品的適用環(huán)境溫度降至25 ℃，低溫?zé)岜眉夹g(shù)邁上了一個新的臺階；2018年，我國空氣源熱泵市場銷量首次下滑，同比增長7%[1]，在經(jīng)歷了政策引導(dǎo)后，市場逐步回歸理性，回歸到對我國新時期社會主要矛盾的思考上。

因此，地板采暖專用機(jī)組開始迅速發(fā)展，行業(yè)目光集中在更具潛力的長江中下游地區(qū)采暖市場，空氣源熱泵冷熱水機(jī)組的標(biāo)準(zhǔn)族中也因此產(chǎn)生了針對15～21 ℃環(huán)境溫度機(jī)型的標(biāo)準(zhǔn)。在該標(biāo)準(zhǔn)的制定過程中，起草組首次依據(jù)不同的氣候分區(qū)將空氣源熱泵分成了A型、B型和C型，分別對應(yīng)了表2中所示的各環(huán)境溫區(qū)。

表2 機(jī)組的型式對比

產(chǎn)品多元化是市場發(fā)展的必然。GB/T 25127修訂時，起草組及時捕捉到產(chǎn)品的發(fā)展趨勢，依據(jù)熱泵匹配的不同末端形式，將熱泵分成地板輻射型、風(fēng)機(jī)盤管型和散熱器型3種型式，并分別規(guī)定了3種不同的出水溫度。后續(xù)制定的冷熱水兩聯(lián)供機(jī)組的標(biāo)準(zhǔn)也做了相同的劃分。

3 評價工況

標(biāo)準(zhǔn)對名義工況的規(guī)定中，指出需要依據(jù)不同氣候分區(qū)來規(guī)范熱泵技術(shù)發(fā)展。各標(biāo)準(zhǔn)對名義工況的規(guī)定如表3所示。

由表3可知，對于制冷情形，各類機(jī)組的考核工況一致。這是由于各類機(jī)組的制冷用末端設(shè)備多為風(fēng)機(jī)盤管，且夏季需要制冷的溫度需求區(qū)間集中在30～40 ℃，區(qū)間相對較窄，因此對機(jī)組制冷的考核可以統(tǒng)一在一個工況點(diǎn)上。石文星等[10]研究表明，我國主要地區(qū)空氣源熱泵的制冷運(yùn)行工況（平均工況、名義工況和極端工況）差異遠(yuǎn)小于制熱；王曉洪等[11]研究也表明，即使夏季室外溫差達(dá)到18.5 ℃，空氣源空調(diào)系統(tǒng)仍可維持室內(nèi)小于1 ℃的溫度波動。因此標(biāo)準(zhǔn)對夏季工況的統(tǒng)一是合理的。但是在制熱情形，不論從熱源側(cè)還是使用側(cè)均很復(fù)雜。

表3 機(jī)組的名義工況

首先看熱源側(cè)。我國幅員遼闊，南北氣候差異較大，華南地區(qū)最冷月平均氣溫高于 10 ℃，而東北地區(qū)冬季的平均氣溫僅約為20 ℃，南北溫差達(dá)到 30 ℃以上。家用空調(diào)冬季制熱效果不佳，根本原因是我國房間空調(diào)器標(biāo)準(zhǔn)GB/T 7725—2004[12]僅僅考核7 ℃/6 ℃一個制熱名義工況，全國的空調(diào)設(shè)備制造商都關(guān)注這一工況進(jìn)行設(shè)計(jì)，用戶的使用體驗(yàn)較差。因此，冷標(biāo)委在空氣源熱泵冷熱水機(jī)組標(biāo)準(zhǔn)族中，將熱泵按不同的氣候類型做了細(xì)分，并針對不同的氣候類型分別定義了制熱名義工況。詳細(xì)情況如表4所示。其中，D型熱泵目前僅為技術(shù)路線圖的演示，相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)尚未制定完成。如此劃分后，用戶可以根據(jù)自己所在的地區(qū)，選取相應(yīng)的熱泵產(chǎn)品。而對于制造商而言，只要銷售區(qū)域具有相似的氣候特征，產(chǎn)品就可以占有相應(yīng)的市場，這也令我國空氣源熱泵產(chǎn)品隨一帶一路走向世界，獲得了有利的技術(shù)支撐。此外，由于標(biāo)準(zhǔn)制定有先后順序問題，GB/T 25127修訂時并未指明熱泵的氣候分型，但從標(biāo)準(zhǔn)給出的適用環(huán)溫區(qū)間和制熱名義工況不難發(fā)現(xiàn)，GB/T 25127定義的實(shí)為C類熱泵。

表4 氣候分區(qū)

其次看使用側(cè)。采暖末端形式多樣，標(biāo)準(zhǔn)針對風(fēng)機(jī)盤管采暖、地板采暖和散熱器采暖分別定義了不同的出水溫度（詳見表3）。其中特別指出散熱器型末端的進(jìn)水溫度規(guī)定為 50 ℃，有別于“專用熱水機(jī)標(biāo)準(zhǔn)族”（以GB/T 21362—2008[13]為元標(biāo)準(zhǔn)）規(guī)定的 55 ℃，一是考慮到當(dāng)環(huán)境溫度一定時，隨著出水溫度的升高，熱泵系統(tǒng)的性能系數(shù)呈下降趨勢[14]（熱泵出水溫度每升高 1 ℃，能效比約降低1.7%[15]），在能滿足采暖熱負(fù)荷需求的情況下，沒必要一味追求高出水溫度，應(yīng)盡量兼顧熱泵機(jī)組的能效；二是考慮到散熱器采暖用水而非生活用水，用途單一，不需要在短時間內(nèi)殺滅軍團(tuán)菌（50 ℃時也能在約380 min內(nèi)殺滅所有軍團(tuán)菌[16]）。

目前，適合41 ℃進(jìn)水采暖的風(fēng)機(jī)盤管行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)（《低進(jìn)水溫度風(fēng)機(jī)盤管機(jī)組》）已經(jīng)制定完成，正等待工信部批準(zhǔn)發(fā)布；適合 50 ℃進(jìn)水的低溫散熱器行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)（《熱泵系統(tǒng)用輻射——對流型供暖散熱器》）也已經(jīng)立項(xiàng)獲批，相關(guān)制定工作正按計(jì)劃展開。冷標(biāo)委在整個空氣源熱泵冷熱水機(jī)組標(biāo)準(zhǔn)族的布局已經(jīng)逐步清晰明朗化，在這些標(biāo)準(zhǔn)的共同作用下，將進(jìn)一步拓展整個行業(yè)對低品味熱源的利用空間，引領(lǐng)熱泵采暖技術(shù)向著更加節(jié)能高效的方向發(fā)展。

將來兩聯(lián)供機(jī)組標(biāo)準(zhǔn)可以考慮與 GB/T 25127即C類熱泵的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行整合。但是整合后一方面應(yīng)考慮“風(fēng)盤供冷+地板采暖”和“風(fēng)盤制冷+散熱器采暖”的聯(lián)供情形，補(bǔ)充對全年能效比的考核要求等；另一方面應(yīng)考慮單熱型機(jī)組的標(biāo)準(zhǔn)適用性問題，因?yàn)榈匕鍐螣嵝鸵呀?jīng)有了專門的標(biāo)準(zhǔn)，而散熱器單熱型機(jī)組卻沒有，是構(gòu)建“一個聯(lián)供+兩個單熱”的標(biāo)準(zhǔn)體系，還是直接將所有空氣源冷熱水機(jī)組統(tǒng)一到一個標(biāo)準(zhǔn)中，是將來冷標(biāo)委需要思考的問題。

4 性能與能效評價

通過以上分析，已從多個層面明確了各類空氣源水機(jī)的相互關(guān)系，因此不需要再通過標(biāo)準(zhǔn)的名稱、編號去識別或記憶有關(guān)內(nèi)容，只需要關(guān)注兩個關(guān)鍵問題：1）熱源側(cè)的氣候類型，2）使用側(cè)的末端類型。如果將4個新標(biāo)準(zhǔn)（表1～表3中的4個報(bào)批稿）給出的主要性能評價指標(biāo)（性能系數(shù)）統(tǒng)一羅列出來，即可發(fā)現(xiàn)這些標(biāo)準(zhǔn)的體系關(guān)聯(lián)性。新標(biāo)準(zhǔn)給出的性能系數(shù)評價限值如表5所示。

表5 性能系數(shù)評價限值

表5中，COPc為名義制冷性能系數(shù)；COPh為名義制熱性能系數(shù)；COPdh為低溫制熱性能系數(shù)；HSPF（Heating Seasonal Performance Factor）為制熱季節(jié)性能系數(shù)；APF（Annual Performance Factor）為全年性能系數(shù)。

對于制冷性能系數(shù)，由于名義工況統(tǒng)一，末端也一致，故只按用途做了兩檔區(qū)分。對于制熱性能系數(shù)，則分別依據(jù)用途、熱源側(cè)特征和使用側(cè)特征進(jìn)行了要求的細(xì)分，且分名義和低溫兩個工況（低溫工況主要是為了可靠性驗(yàn)證），嚴(yán)加考核。對于季節(jié)性能評價，如果是單熱型機(jī)組，則只考核HSPF，若是冷暖型或冷熱聯(lián)供類機(jī)組則考核APF。

本次 GB/T 25127修訂及相關(guān)新標(biāo)準(zhǔn)制定后，空氣源熱泵的評價指標(biāo)已經(jīng)從綜合部分負(fù)荷性能系數(shù)（Integrated Part Load Value，IPLV）轉(zhuǎn)為全年性能系數(shù)APF，這是由于APF的評價方式綜合考慮了建筑負(fù)荷模型（工商業(yè)用機(jī)組采用酒店建筑模型，戶用機(jī)組采用居民建筑模型）、外溫發(fā)生小時數(shù)分布模型（標(biāo)準(zhǔn)在附錄中給出）和機(jī)組的性能模型，可客觀反映不同負(fù)荷分布情況下機(jī)組的全工況性能，因此評價方式更為科學(xué)合理[17]。

標(biāo)準(zhǔn)依據(jù)不同末端型式，分別給出最低能效要求，為進(jìn)一步制定產(chǎn)品的能效標(biāo)準(zhǔn)提供了基本依據(jù)。低環(huán)境溫度空氣源熱泵（冷水）機(jī)組的能效標(biāo)準(zhǔn)GB 37480—2019[18]已經(jīng)批準(zhǔn)發(fā)布，將于2020年5月1日實(shí)施。該標(biāo)準(zhǔn)目前只涵蓋了GB/T 25127所管轄的C類熱泵，對整個空氣源熱泵水機(jī)類產(chǎn)品能效的管控尚未形成體系。

5 結(jié)論

本文從標(biāo)準(zhǔn)范圍、機(jī)組型式、實(shí)驗(yàn)工況和評價指標(biāo)等四個方面對空氣源冷熱水機(jī)組標(biāo)準(zhǔn)族的新舊標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了對比分析，得到如下結(jié)論：

1）我國空氣源冷熱水機(jī)組的產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)不斷推陳出新，是市場細(xì)分化和產(chǎn)品多元化的必然結(jié)果，側(cè)面反映了我國生產(chǎn)和服務(wù)業(yè)正飛速發(fā)展，人民消費(fèi)水平正不斷提升；

2）標(biāo)準(zhǔn)體系中對空氣源熱泵產(chǎn)品的季節(jié)性能評價將全面轉(zhuǎn)為全年性能系數(shù)（APF）的評價體系，APF的評價方式對于空氣源產(chǎn)品而言，更科學(xué)合理；

3）空氣源熱泵的制熱評價將逐步引入氣候分區(qū)的概念，未來熱泵產(chǎn)品將以此劃分為 A、B、C和D四種類型，滿足不同區(qū)域消費(fèi)者的真實(shí)需求；

4）空氣源熱泵的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系仍有拓展和完善的空間，應(yīng)盡快制定D型熱泵的標(biāo)準(zhǔn)，并對現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行進(jìn)一步的整合精簡；

5）空調(diào)產(chǎn)品的個性化和定制化服務(wù)終將成為一種趨勢；產(chǎn)品從設(shè)計(jì)伊始到最終的安裝落戶，應(yīng)真實(shí)反映客戶的實(shí)際需求，標(biāo)準(zhǔn)的制定也應(yīng)充分考慮消費(fèi)者，使考核指標(biāo)與實(shí)際的使用需求相吻合。