梁科琳 亓新 李欣

1.廣東美的暖通設(shè)備有限公司 廣東佛山 528311；2.中國(guó)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(zhuǎn)移到高位熱源的裝置，熱泵機(jī)組工作時(shí)，把環(huán)境介質(zhì)（空氣）中貯存的低品位能量Q2在蒸發(fā)器中加以吸收；它本身消耗一部分高品位能量，即壓縮機(jī)耗電Q1；通過(guò)工質(zhì)循環(huán)系統(tǒng)在冷凝器中進(jìn)行放熱Q3（Q3=Q1+Q2），來(lái)加熱生活熱水、加熱地暖盤管采暖或與風(fēng)機(jī)盤管結(jié)合給建筑物制冷。因此，熱泵技術(shù)具有高效節(jié)能、環(huán)保等一系列特點(diǎn)。“煤改電”低溫空氣源熱泵是熱泵的一種，其定義為：由電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的蒸氣壓縮制冷循環(huán)，以空氣源為熱（冷）源的熱泵（熱風(fēng)/熱水）機(jī)組，并能在不低于-20℃的環(huán)境溫度正常工作。采用熱泵技術(shù)采暖的效率大約是直接電采暖效率的2～3倍，同時(shí)相對(duì)于傳統(tǒng)的采暖方式如燃煤、燃油、燃?xì)忮仩t等，空氣源熱泵系統(tǒng)的主要優(yōu)勢(shì)還體現(xiàn)在空氣能資源充足、機(jī)組設(shè)置節(jié)約空間、運(yùn)行管理方便、節(jié)能環(huán)保等方面，這也是“煤改電”大受歡迎的根本原因。隨著技術(shù)改善和工藝改進(jìn)，空氣源熱泵低溫適用性問(wèn)題得以解決，加上政府政策的引導(dǎo)，“煤改電”空氣源熱泵采暖必然迎來(lái)更大的市場(chǎng)機(jī)遇。

在當(dāng)前的“煤改電”市場(chǎng)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(tǒng)機(jī)組，這種是目前市場(chǎng)上應(yīng)用最多的，都是采用水系統(tǒng)來(lái)達(dá)到與室內(nèi)換熱的效果；另外一種就是每個(gè)房間一臺(tái)的空氣源熱泵熱風(fēng)機(jī)，目前也有一定的市場(chǎng)占比。

空氣源熱泵熱水系統(tǒng)機(jī)組通過(guò)調(diào)節(jié)水溫采用熱水輻射采暖，但其設(shè)備初期成本較高，安裝復(fù)雜，售后維護(hù)較頻繁，特別是水系統(tǒng)部件故障率高，要考慮防凍問(wèn)題，也難以滿足“部分空間”間歇供暖的需求，不利于節(jié)能；空氣源熱泵熱風(fēng)機(jī)則多采用單元式一拖一熱泵熱風(fēng)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)流換熱，低溫下制熱能力強(qiáng)勁迅速，上下出風(fēng)均勻，采暖效果好，高效節(jié)能，但局限于單個(gè)房間；考慮到戶式多個(gè)房間的供暖需求，則面臨投資成本高，室外機(jī)占地面積大的問(wèn)題。因此，如何使設(shè)備投資成本降低，同時(shí)又滿足戶式不同房間的差異化溫度需求成為研究的重點(diǎn)。超低環(huán)境溫度下的多聯(lián)式空氣源熱泵熱風(fēng)機(jī)的首次提出則滿足“煤改電”市場(chǎng)的這一迫切需求。超低溫全直流變頻多聯(lián)式空氣源熱泵熱風(fēng)機(jī)既有效綜合了單元式一拖一熱泵熱風(fēng)機(jī)的低溫制熱強(qiáng)勁迅速、出風(fēng)均勻、高效節(jié)能等優(yōu)點(diǎn)，滿足了戶式不同房間的差異化溫度需求，也有效降低了設(shè)備采購(gòu)的初期成本，具備了廣泛推廣使用的有利條件。

2 多聯(lián)式熱風(fēng)機(jī)介紹

多聯(lián)式低環(huán)境溫度空氣源熱泵熱風(fēng)機(jī)（以下簡(jiǎn)稱“多聯(lián)式熱風(fēng)機(jī)”）是眾多熱泵技術(shù)中的一種，它以電能為驅(qū)動(dòng)，冬季以室外空氣為熱源，將熱量由系統(tǒng)輸送至室內(nèi)；夏季以室外空氣作為冷源，將冷量由系統(tǒng)輸送至室內(nèi)。多聯(lián)式熱風(fēng)機(jī)的主要優(yōu)點(diǎn)如下：

（1）高效強(qiáng)熱，-20℃超低溫，制熱能力不衰減。

熱風(fēng)機(jī)采用先進(jìn)的直流變頻技術(shù)，可快速升溫供暖和降溫制冷（表1），在負(fù)荷穩(wěn)定的情況下自動(dòng)調(diào)節(jié)機(jī)組輸出與房間負(fù)荷匹配，保證室內(nèi)溫度的穩(wěn)定性（圖1）。

（2）房間溫度場(chǎng)均勻，防冷風(fēng)，舒適性高。多聯(lián)式熱風(fēng)機(jī)通過(guò)室內(nèi)風(fēng)機(jī)強(qiáng)制換熱，可較快輻射房間區(qū)域，使溫度場(chǎng)均勻（表2）；當(dāng)系統(tǒng)化霜時(shí)，有防冷風(fēng)功能。

（3）綠色環(huán)保。多聯(lián)式熱風(fēng)機(jī)采用電能，避免了燃料燃燒排放，具有環(huán)保的功效。

（4）設(shè)備利用率高。多聯(lián)式熱風(fēng)機(jī)冬夏可以共用一套設(shè)備，實(shí)現(xiàn)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(qū)。

（5）節(jié)約空間資源。多聯(lián)式熱風(fēng)機(jī)僅需要一個(gè)外機(jī)，即可滿足多個(gè)房間的采暖需求，且無(wú)需專門的機(jī)房（機(jī)組一般安裝在室外樓頂、平臺(tái)等處），節(jié)省了房間空間資源，增大了房間空間的利用率。

（6）操作簡(jiǎn)單，安全可靠。多聯(lián)式熱風(fēng)機(jī)不需要礦物燃料，因此避免了火災(zāi)、爆炸等危險(xiǎn)。設(shè)備一般采用自動(dòng)運(yùn)行，操作維護(hù)簡(jiǎn)單。

（7）初投資成本和使用成本低。多聯(lián)式熱風(fēng)機(jī)只需內(nèi)外機(jī)銅管連接，無(wú)需復(fù)雜的水路連接系統(tǒng)和采暖設(shè)備，無(wú)防凍需求，運(yùn)行人力成本低。

表1 快速升溫和降溫對(duì)比表

表2 房間溫度場(chǎng)均勻性數(shù)據(jù)表

表3 制熱季節(jié)各溫度的發(fā)生時(shí)間

3 多聯(lián)式熱風(fēng)機(jī)節(jié)能評(píng)價(jià)方法

多聯(lián)式熱風(fēng)機(jī)具有較多優(yōu)點(diǎn)，預(yù)計(jì)會(huì)有較大的市場(chǎng)銷量，但沒(méi)有統(tǒng)一的評(píng)價(jià)體系無(wú)疑會(huì)降低產(chǎn)品的影響力。

如何規(guī)范多聯(lián)式熱風(fēng)機(jī)的評(píng)價(jià)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(jìn)行評(píng)價(jià)，對(duì)于主要用在低溫場(chǎng)所的多聯(lián)式熱風(fēng)機(jī)來(lái)說(shuō)，無(wú)疑是不合理，因?yàn)槊x制熱量和IPLV(H)都是評(píng)價(jià)單點(diǎn)工況，且評(píng)價(jià)環(huán)境溫度范圍最低只有-12℃，對(duì)于低于-12℃的都沒(méi)有要求，而本標(biāo)準(zhǔn)提出的HSPF是從-20℃到15℃，整個(gè)采暖季節(jié)的綜合評(píng)價(jià)，更貼近實(shí)際，所以，以下考慮使用HSPF制熱季節(jié)性能系數(shù)進(jìn)行測(cè)評(píng)。

HSPF制熱季節(jié)性能系數(shù)：在制熱季節(jié)中，多聯(lián)式熱風(fēng)機(jī)制熱運(yùn)行時(shí)需要向室內(nèi)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(jié)時(shí)間和工況條件確定

（1）根據(jù)北京典型氣象年參數(shù)：《建筑節(jié)能氣象參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)》JGJ/T 346-2014得出制熱季節(jié)室外溫度發(fā)生時(shí)間分布，見圖2、表3。

（2）工況條件

（a）房間熱負(fù)荷通過(guò)下述公式計(jì)算：

表4 負(fù)荷率確定的測(cè)試工況點(diǎn)

表5 HSPF實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)表

圖1 機(jī)組在不同環(huán)溫下能力輸出曲線

圖2 制熱季節(jié)室外溫度發(fā)生時(shí)間分布圖

式中：

Lh(tj)——溫度（tj）時(shí)的房間熱負(fù)荷，W；

φf(shuō)ul(-12)——多聯(lián)式熱風(fēng)機(jī)的名義制熱量明示值，W。

（b）房間熱負(fù)荷率曲線，見圖3；根據(jù)負(fù)荷率確定測(cè)試工況點(diǎn)，測(cè)試數(shù)據(jù)見表4。

3.2 HSPF計(jì)算方法

A/B/C/D/E等五個(gè)工況測(cè)試后，再通過(guò)以下公式和計(jì)算過(guò)程得出HSPF：

式中：

nj——制熱季節(jié)中制熱的各溫度下工作時(shí)間，h；

COPbin(tj)——各工作溫度下的COP；

PRH(tj)——多聯(lián)式熱風(fēng)機(jī)在溫度（tj）時(shí)，加入電熱裝置的消耗電量，Wh。

COPbin(tj)通過(guò)測(cè)試和計(jì)算獲得，計(jì)算示例如下：

在C、D、E工況試驗(yàn)中，若多聯(lián)式熱風(fēng)機(jī)的制熱量超過(guò)要求負(fù)荷的110%時(shí)，則與要求負(fù)荷相對(duì)應(yīng)的COPbin(tj)通過(guò)下式進(jìn)行計(jì)算：

式中：

COPDCE——C、D、E工況及規(guī)定的負(fù)荷率下連續(xù)制熱運(yùn)行時(shí)測(cè)得的COP；

CD——通過(guò)測(cè)試獲得，或取默認(rèn)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(fù)荷與多聯(lián)式熱風(fēng)機(jī)制熱量之比，當(dāng)制熱量低于熱負(fù)荷時(shí)，CR=1。

3.3 HSPF實(shí)測(cè)例子

HSPF實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)表如表5所示。

4 技術(shù)要求

多聯(lián)式熱風(fēng)機(jī)作為新推出的煤改電產(chǎn)品，高效節(jié)能是用戶較為關(guān)心的問(wèn)題，所以必須滿足以下要求：

（1）以上B工況，實(shí)測(cè)的-12℃名義制熱量不應(yīng)小于明示值的95%；

（2）以上A工況，實(shí)測(cè)的-20℃低溫制熱量不應(yīng)小于明示值的95%，且不應(yīng)低于名義制熱量明示值的90%；

（3）以上A/B工況實(shí)測(cè)的熱泵制熱消耗功率不應(yīng)大于明示值的110%；

（4）以上B工況，實(shí)測(cè)的-12℃名義制熱性能系數(shù)不應(yīng)低于明示值的95%，為且不應(yīng)低于2.20W/W；

（5）以上A工況，實(shí)測(cè)的-20℃低溫制熱性能系數(shù)不應(yīng)低于明示值的95%，為且不應(yīng)低于1.80W/W；

（6）制熱季節(jié)性能系數(shù)HSPF，不應(yīng)低于3.00Wh/Wh。

圖3 房間熱負(fù)荷率曲線圖

5 總結(jié)

清潔能源采暖替代燃煤采暖行動(dòng)已經(jīng)在如火如荼進(jìn)行，多聯(lián)式低環(huán)境溫度空氣源熱泵熱風(fēng)機(jī)作為新推出的采暖設(shè)備，應(yīng)該被市場(chǎng)廣泛認(rèn)知，同時(shí)應(yīng)該有完善的節(jié)能評(píng)價(jià)體系，本文詳細(xì)介紹了多聯(lián)式熱風(fēng)機(jī)的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)提出了系統(tǒng)的節(jié)能評(píng)價(jià)體系，填補(bǔ)了行業(yè)空白，也能給消費(fèi)者以更直觀的參考。通過(guò)本文介紹，消費(fèi)者可以根據(jù)供需和消費(fèi)能力，合理選擇自己的取暖設(shè)備，另外通過(guò)本文提出的評(píng)價(jià)體系可引導(dǎo)行業(yè)進(jìn)行技術(shù)革新，推進(jìn)產(chǎn)品的迭代升級(jí)，推動(dòng)整個(gè)空調(diào)行業(yè)在節(jié)能舒適方向的健康發(fā)展。