空气-水热泵-部分负荷条件下的试验和额定值以及空间供暖季节性性能系数的计算标准立项发展报告

标题：空气-水热泵——部分负荷条件下的试验和额定值以及空间供暖季节性性能系数的计算标准立项发展报告EnglishTitle:StandardizationDevelopmentReport:Airtowaterheatpumps—Testingandratingatpartloadconditionsandcalculationofseasonalcoefficientofperformanceforspaceheating摘要在全球应对气候变化、推进能源结构转型的宏观背景下，热泵技术作为高效利用可再生能源以实现建筑供暖电气化的关键技术路径，其能效评价体系的标准化建设至关重要。本报告针对国际标准ISO21978:2023《空气-水热泵——部分负荷条件下的试验和额定值以及空间供暖季节性性能系数的计算》的立项与发展进行了全面解析。报告首先阐述了该标准制定的研究背景，即传统热泵性能评价方法仅关注满负荷工况，无法真实反映其在占全年运行时间绝大部分的部分负荷条件下的实际能效，亟需建立一套科学的季节性性能评价体系。其次，报告详细介绍了标准的核心技术内容，包括部分负荷试验方法的确定、额定值的定义以及季节性空间供暖性能系数（SCOP）的计算模型。该标准创新性地引入了分区的季节性温区划分方法，并考虑了辅助电加热、系统控制策略等因素对综合能效的影响。重要结论指出，ISO21978:2023的发布为全球空气-水热泵产品的能效标识、市场监管以及节能减排效益的量化评估提供了统一、科学的依据。该标准不仅推动了热泵技术从“设计工况达标”向“实际运行高效”的转变，也为各国制定能效法规、实施绿色采购政策奠定了坚实的技术基础，对促进热泵产业的技术进步与应用推广具有深远的战略意义。关键词热泵；空气-水热泵；季节性性能系数；部分负荷；能效评价；试验方法；ISO21978:2023；标准国际化Keywords:Heatpumps;Airtowaterheatpumps;Seasonalcoefficientofperformance;Partload;Energyefficiencyevaluation;Testmethod;ISO21978:2023;Standardinternationalization正文1.引言随着全球对减少温室气体排放和降低化石能源依赖的共识日益增强，建筑领域的供暖脱碳成为实现碳中和目标的关键一环。空气-水热泵（AirtoWaterHeatPumps,AWHP）作为一种能够从环境空气中提取低品位热能，通过热力循环将其提升至高品位热能，并用于建筑供暖和热水制备的高效节能技术，近年来在全球市场，尤其是欧洲、北美及东亚地区，得到了飞速发展和广泛应用。然而，传统的热泵性能评价标准往往基于单一满负荷工况下的能效比（COP）进行衡量。这种评价方式存在显著局限性，因为在实际运行中，热泵绝大多数时间（超过95%）并非在满负荷下工作，而是根据建筑热负荷的变化在部分负荷条件下运行。忽略部分负荷下因启停损失、压缩机频率变化、结霜除霜循环等导致的能效衰减，将严重高估热泵的实际供暖能效，并导致系统设计选型不合理以及政策效果评估失真。因此，制定一个能够科学、准确地反映热泵在全年实际运行条件下能效表现的国际标准，对于指导产品研发、规范市场秩序、支撑能效政策制定具有空前的紧迫性和重要性。ISO21978:2023正是在此背景下应运而生，旨在填补国际标准化领域中关于空气-水热泵部分负荷性能测试与季节性性能系数计算的空白。2.标准制定背景与过程2.1技术发展与市场需求驱动进入21世纪十年代以来，随着逆变器技术的成熟、电子膨胀阀的精确控制以及对压缩机循环损失研究的深入，变频热泵占据了市场主流。这些技术极大地改善了热泵的部分负荷性能，使得产品在不同工况下的能效表现差异巨大。例如，一台变频热泵在50%负荷下的COP可能远高于其在100%负荷下的COP。传统的满负荷COP测试标准（如EN14511）已无法区分和量化这种由于技术创新带来的能效提升。与此同时，欧盟等地区在实施能源相关产品（ErP）指令框架下，率先在其能效标识法规中引入了基于季节性性能系数（SCOP）的评价体系，其核心方法论源于欧洲标准EN14825。这催生了对一项能够取代或统一各地区碎片化方法的全球性国际标准的强烈需求。2.2标准编制历程ISO21978的编制工作主要由国际标准化组织/制冷和空调技术委员会（ISO/TC86）负责。该项目历经了多个阶段的深入讨论、技术论证与验证测试。起草专家来自热泵制造企业、第三方检测认证机构、科研院所及政府部门，代表了全球主要热泵生产与应用市场的技术共识。标准草案经过多轮国际间循环投票，充分吸纳了来自欧洲、北美、亚洲等地区的意见，最终于2023年12月正式发布。3.标准核心技术内容详解ISO21978:2023构建了一套从“试验”到“计算”再到“评级”的完整框架，其核心创新点在于首次在国际层面系统性地定义了空气-水热泵在部分负荷条件下的性能评估方法。3.1部分负荷试验条件与程序的创新标准摒弃了仅测试单一满负荷工况的做法，引入了“分区法”（BinMethod）的概念。具体而言：*温区划分：根据热泵设计的供暖应用类型（例如：中温应用/低温应用，散热器供暖/地板辐射供暖），标准定义了不同的室外温度范围。相关温度区间被划分为若干个以2°C或5°C为步长的“温区”（Bin）。*试验点选取：标准规定了在每个温区内，热泵系统需要模拟其在该室外温度下的典型部分负荷能力。试验点并非随意选取，而是基于额定能力与建筑热负荷的匹配关系来确定。通常选择在额定工况（如A-7/W35）下的能力点，以及在几个关键部分负荷点（如87%、54%、29%的额定能力）进行测试。*测试流程：测试不仅包括稳定运行工况的COP测量，还创新性地引入了“循环测试”（CyclingTest）程序。该程序模拟热泵在能力大于建筑热负荷时，通过“启动-停机-等待”的循环来满足需求的过程，从而量化因启停带来的能量损耗（如压缩机油加热、重新建立压差等）。3.2额定值定义：能力的“降额”与“增强”标准定义了多个关键额定值：*额定能力（RatedCapacity）：为在标准额定工况下（如室外温度-7°C，出水温度35°C）的制热能力。*宣告能力（DeclaredCapacity）：制造商根据部分负荷测试结果，在特定温区下宣告的热泵能力。在低温区域，由于压缩比增大或除霜循环介入，实际可用能力通常低于名义能力，需要进行“能力降额”（CapacityDerating）。*最大能力（MaximumCapacity）：定义了在较高室外温度下，热泵能够稳定运行的最大制热能力，通常高于额定能力，体现了变频热泵的“能力增强”（CapacityBoost）特性。3.3季节性性能系数（SCOP）的计算模型SCOP是标准的最终评价指标，其计算模型基于全年各地气候特征，综合了所有温区下的能量消耗与供热量。其计算公式可简化为：\[SCOP=\frac{Q_{annual}}{\sum_{j}(W_{j}\timest_{j})}\]其中：*\(Q_{annual}\)为年供暖总需求（通过各温区下建筑热负荷计算）。*\(W_{j}\)和\(t_{j}\)分别为第j个温区下的热泵电力消耗和该温区在全年的出现时间。*关键修正参数：*辅助电加热器效率：默认辅助电加热器的COP为1.0，标准要求明确列出使用辅助电加热时的能量占比。*除霜循环影响：标准引入了“除霜循环损失因子”（Fdef），用于修正室外热交换器结霜和除霜过程带来的能量损耗。*待机与控制功耗：明确考虑了热泵在非运行状态下的待机功耗以及控制器功耗。4.标准的主要影响与价值4.1对产品设计研发的指导意义ISO21978使制造商从单一追求“额定COP”的指标导向，转向全面优化“全工况SCOP”的系统性设计。这直接推动了以下技术创新：(1)采用更宽运行范围的变频压缩机；(2)优化了蒸发器和冷凝器的换热器设计，以适应不同负荷和温度；(3)通过先进的系统控制算法（如模糊逻辑、自适应控制）来协调压缩机、电子膨胀阀和风机，减少启停次数和循环损失；(4)发展高效的除霜策略（如热气旁通、蓄热除霜）。4.2对市场监督与国际贸易的促进4.3对政策制定与环境效益的支撑基于SCOP的能效评价体系，使得政策制定者能够更精准地量化热泵替代化石燃料锅炉的能效提升效益。例如，一台SCOP值为3.5的热泵，意味着它消耗1度电可以提供相当于3.5度电量的热量，相比直接电加热节能超过70%。这一精确的量化数据，为建设部门制定建筑零碳路线图、确定财政补贴力度、评估可再生能源利用量（如将空气源热能认定为可再生能源）提供了坚实的科学依据。5.修订的企事业单位或标委会介绍国际标准化组织/制冷和空调技术委员会（ISO/TC86）全称：InternationalOrganizationforStandardization/TechnicalCommittee86-RefrigerationandairconditioningISO/TC86是负责全球制冷、空调及热泵技术领域国际标准化工作的权威技术组织，其秘书处由国际标准化组织（ISO）中央秘书处承担，但具体管理工作通常委托给活跃的成员国。ISO/TC86的工作范围涵盖制冷系统和热泵的性能、安全、测试方法、能效、环境影响及兼容性等各个方面。该委员会下设多个分技术委员会（SC，如SC4-制冷压缩机的试验与额定值，SC6-空调和热泵的试验与额定值等），ISO21978:2023就是在SC6的主导下完成的。ISO/TC86扮演着全球热泵技术规则“协调者”的角色。其主要工作内容包括：*制定与修订核心标准：除了ISO21978，委员会还负责管理一系列基础性标准，如ISO5151、ISO13253（风管式空调/热泵）、ISO16358（多联式空调）、ISO5149（制冷系统和热泵的安全与环境要求）等。*推动技术创新：委员会密切关注热泵技术的最新发展，如使用低GWP（全球变暖潜能值）制冷剂、高温热泵、跨临界CO2热泵、智能电网互动等，及时立项开展新标准制修订工作，以标准引领技术创新。*促进全球一致性：委员会通过其专家网络，将各国、各地区（如欧盟、中国、美国、日本、韩国）的监管要求和行业规则进行协调，最大程度地减少因标准差异导致的技术壁垒。*产学研合作平台：ISO/TC86的专家来自全球顶尖的制造商（如Daikin、Carrier、Trane、Midea、Gree）、检测机构（如TÜVSÜD、Intertek）、科研院所（如奥克兰大学、中国建筑科学研究院）以及政府机构（如美国能源部、德国联邦环境署）。这种多利益相关方的参与机制，确保了标准制定过程的科学性、全面性和可实施性。ISO/TC86在制定ISO21978的过程中，面对的主要挑战是如何处理不同气候区（温带、寒带、热带）的热泵运行特征差异，以及如何协调欧洲EN标准和北美AHRI标准中关于部分负荷测试的分歧。最终形成的标准通过引入“法定的气候区划分”和“灵活的试验点选择”机制，成功实现了全球范围内的普适性与地区适应性之间的平衡，这充分体现了该标委会卓越的技术协调能力和国际视野。结论ISO21978:202