ISO 219782023 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

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StandardizationDevelopmentReport:AirtoWaterHeatPumps—TestingandRatingatPartLoadConditionsandCalculationofSeasonalCoefficientofPerformanceforSpaceHeating摘要随着全球碳中和目标的推进与可再生能源供热技术的快速发展，空气-水热泵因其高效、低碳、清洁的供暖特性，正逐步成为建筑供暖领域替代传统化石能源的关键技术装备。然而，热泵在实际运行中绝大多数时间处于部分负荷工况，传统额定工况性能评价方法难以准确反映其真实季节能效水平。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》正是在此背景下由国际标准化组织（ISO）制定并发布的重要国际标准。该标准首次系统性地确立了空气-水热泵在部分负荷条件下的试验方法、额定值确定规则以及季节性性能系数（SCOP）的统一计算框架，填补了该领域国际标准的空白。本报告全面梳理了该标准的制定背景、核心技术内容、适用范围及预期应用价值，分析了其对我国热泵产业技术升级、能效评价体系完善及国际竞争力提升的深远影响，并对标准实施和未来修订方向提出了前瞻性建议。关键词：空气-水热泵；部分负荷；季节性性能系数；试验方法；额定值；国际标准Keywords:Air-to-waterheatpump;Partloadconditions;Seasonalcoefficientofperformance;Testingmethod;Rating;Internationalstandard一、引言1.1研究背景然而，热泵产品的实际运行能效评价是一个复杂的系统工程。传统上，各国普遍采用额定工况（如室外干球温度7℃）下的性能系数（COP）作为产品能效评价和比较的基础指标。但大量实测数据表明，热泵在供暖季的实际运行工况分布极为广泛，额定工况仅占全年运行时间的一小部分。在部分负荷条件下，热泵的启停损耗、除霜损失、变容量调节特性等因素均会显著影响其实际能效。因此，仅依据额定工况COP难以客观反映热泵产品的真实季节运行能效，亟需建立一套科学、统一的部分负荷性能评价方法和季节性性能系数计算体系。1.2标准制定背景国际标准化组织（ISO）作为全球最大的非政府性标准化专门机构，其成员包括163个国家和地区标准化机构。ISO/TC86（制冷与空气调节技术委员会）及其下属的SC6（空调与热泵性能试验分技术委员会）长期致力于制冷空调及热泵产品的性能试验与评价标准制定工作。在热泵能效评价领域，尽管已有ISO13256系列标准对水源热泵和空气-空气热泵的性能试验进行了规范，但在空气-水热泵部分负荷性能试验和季节性性能评价方面，国际层面长期缺乏统一的标准框架。2015年前后，欧盟率先在区域性标准EN14825中建立了空气-水热泵部分负荷试验和季节性性能系数的计算方法，并成功应用于欧盟ErP能效指令的符合性评价。这一区域性标准的成功实践，为国际标准的制定积累了宝贵经验。在此背景下，ISO/TC86/SC6于2017年正式启动ISO21978的制定工作，由来自欧洲、亚洲、北美等多个国家和地区的专家组成工作组，经过六年的多轮讨论、试验验证和意见征询，最终于2023年12月正式发布。该标准的发布标志着空气-水热泵季节性性能评价从区域标准迈向国际标准的重要里程碑。二、标准概述2.1标准基本信息-标准编号：ISO21978:2023-标准名称：Airtowaterheatpumps—Testingandratingatpartloadconditionsandcalculationofseasonalcoefficientofperformanceforspaceheating-中文名称：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-发布机构：国际标准化组织（ISO）-发布日期：2023年12月1日-标准状态：现行有效-ICS分类号：27.080（热泵）；91.140.30（供暖系统）-标准性质：国际推荐性标准2.2适用范围该标准适用于以空气为低温热源、以水为供暖介质、由电力驱动的蒸气压缩式空气-水热泵机组，包括整体式（一体机）和分体式（室外机与室内机分离）两种结构形式。标准覆盖的机组容量范围覆盖了从住宅用小型机组（额定制热量通常为几千瓦级）到商用大型机组（额定制热量可达数百千瓦级）的宽广区间。标准明确规定的适用条件包括：用于空间供暖用途，可为单冷型热泵（仅供暖模式）或冷热两用型热泵（兼具制冷和供暖模式）；可采用定容量、多级容量或变容量（变频）调节方式。需要特别指出的是，该标准不适用于以下情况：空气-空气热泵（即空调机组）、水-水热泵、地源热泵以及带有辅助加热功能（如电加热辅助、燃气辅助加热）但辅助加热部分参与季节性性能计算时的情形——这些情况分别由其他ISO标准或IEC标准予以覆盖。三、标准核心内容解析3.1部分负荷试验条件与方法热泵的实际供暖运行工况受到室外气候条件、建筑热负荷特征和运行控制策略等多重因素的综合影响。ISO21978建立了系统化的部分负荷试验体系，其核心思想是在多个代表性工况点对热泵性能进行测试，从而构建出覆盖整个供暖季运行范围的性能图谱。3.1.1试验工况点选取标准在参考欧盟EN14825和欧洲热泵协会（EHPA）测试规范的基础上，确定了多个具有代表性的部分负荷试验工况点。这些工况点的选取综合考虑了典型气候区的室外温度分布特征、热泵的负荷率变化范围以及运行控制边界条件。具体而言，标准规定了在不同的室外空气干球温度下对应的部分负荷率测试条件，并针对温和气候区、寒冷气候区等不同气候条件给出了差异化的试验工况组合。每个试验工况点均需明确室外侧干球温度、湿球温度（或相对湿度）、室内侧回水温度/出水温度等关键参数，以确保试验条件的可复现性和结果的可比性。3.1.2试验方法与测量要求标准对试验装置、测量仪表精度、数据采集频率和数据处理方法均做出了详细规定。试验装置方面，要求采用enthalpydifferencemethod（焓差法）或液体侧量热计法进行热泵制热量和消耗功率的测定，并明确了两种方法各自的适用条件和允许偏差范围。测量仪表精度方面，对温度传感器（通常要求±0.1℃精度）、流量计（要求±1%读数精度）、功率计（要求±0.5%精度）等关键测量设备提出了明确的技术要求。针对变容量热泵的特殊性，标准详细规定了在不同容量调节状态下的稳态试验方法和动态试验方法。对于采用变频压缩机的热泵机组，要求在设定的运行频率或容量百分比下进行性能测试；对于采用启停控制的定容量机组，则需按照标准规定的循环周期进行循环试验，并将启停损失纳入性能计算。此外，标准还对除霜循环期间和除霜结束后的性能测试方法进行了专门规定，明确了除霜损失的计算方法。3.2数据计算与修正方法为保证试验结果的可比性和实际运行性能预测的准确性，ISO21978建立了系统的数据计算与修正框架。3.2.1性能参数的计算标准对制热量、消耗功率、性能系数（COP）等基本性能参数的计算方法做出了明确规定。在各试验工况点下，实测的制热量和消耗功率经过必要的修正后，用于计算该工况点对应的COP值。对于变容量机组，标准要求绘制制热量和COP随容量变化的关系曲线，以便后续计算在不同负荷率下的性能表现。3.2.2低温工况修正空气-水热泵在低温环境下的性能衰减是影响其季节能效的关键因素之一。标准引入了针对低温工况的性能修正方法，允许在具备充分试验数据的基础上，对低温工况下的制热量衰减、COP下降等现象进行修正处理。标准明确规定了修正数据的外推方法、限制条件和不确定性评估要求，以防止过度外推导致的性能预测失真。3.2.3除霜损失修正在湿冷气候条件下，热泵室外换热器的结霜和除霜过程会显著影响其供暖季节运行效率。ISO21978详细规定了除霜损失的测试和计算方法，包括除霜循环周期内制热量的损失量、除霜期间消耗的额外功率以及除霜后恢复正常制热能力所需的恢复时间等因素的综合评估。标准给出了两种除霜损失确定方法——基于实测数据的直接测定法和基于标准规定的默认值的估算方法，后者主要供缺乏实测条件的小型机组测试时选用。3.3季节性性能系数（SCOP）计算季节性性能系数（SeasonalCoefficientofPerformance,SCOP）是ISO21978确立的核心能效评价指标。SCOP定义为：在规定的供暖季节内，热泵提供的总热量与总消耗电能的比值。该指标综合反映了热泵在整个供暖季运行周期内的平均能效水平。3.3.1负荷模型与气候分区SCOP的计算依赖于建筑供暖负荷模型和气候数据模型。ISO21978参照欧盟EN14825的方法，采用了"binmethod"（分段时间法）进行季节性性能计算。该方法将整个供暖季按室外温度划分为若干个温度区间（bin），每个区间对应一定的小时数（即在该温度区间内供暖系统运行的小时数），热泵在每个温度区间内的性能参数则通过实测数据进行插值或外推获得。标准定义了多个参考气候条件（设计气候区），包括温和气候区（平均气温约7℃）、寒冷气候区（平均气温约2℃）和极寒气候区（平均气温约-7℃）等。每个气候区对应一组特定的温度分布曲线和供暖负荷特征参数，为不同国家和地区的热泵季节能效评价提供了统一的基准框架。3.3.2负荷曲线与部分负荷率计算标准给出了建筑供暖负荷随室外温度变化的参考关系曲线。在部分负荷率（PartLoadRatio,PLR）的计算中，热泵在特定温度区间的负荷率等于该温度下的建筑热负荷与热泵额定工况制热量的比值。当PLR小于1时，表示热泵在该工况下运行于部分负荷状态；当PLR大于或等于1时，表示热泵在该温度下可能无法独立满足建筑热负荷需求，需考虑辅助热源或停机状态。3.3.3SCOP的计算流程标准详细规定了SCOP的计算流程，包括以下关键步骤：（1）确定设计气候区和对应的温度分布；（2）计算各温度区间的建筑供暖负荷；（3）根据实测性能数据确定各温度区间对应的热泵制热量和COP；（4）考虑启停损失、除霜损失等因素的修正；（5）计算各温度区间的能耗和供热量并进行累计求和；（6）最终计算SCOP值。标准还规定了计算过程中的取舍规则、边界条件和舍入精度要求，确保不同试验机构计算结果的统一性。3.4额定值确定ISO21978明确了空气-水热泵部分负荷性能额定值（rating）的确定规则。标准规定制造商应基于标准规定的试验方法和计算方法，确定并公布热泵产品在特定设计气候条件下的季节性性能系数额定值，同时应公布各主要工况点的部分负荷性能数据。额定值相关的标注要求和不确定度评估方法也在标准中予以规定，为产品能效标识、能效认证和市场监督提供了统一的技术依据。四、标准应用价值与产业影响4.1标准的技术创新与体系互补ISO21978的发布实施填补了国际标准体系中空气-水热泵季节能效评价的统一规范空白，具有以下技术创新意义：第一，建立了国际统一的季节能效评价基准。此前，各国空气-水热泵能效评价方法各异——欧盟采用EN14825标准，中国采用GB/T37579中的季节能效评价方法，日本采用JIS标准中的APF评价体系。不同评价方法之间的结果缺乏可比性，给国际贸易和技术交流带来了障碍。ISO21978的发布为各国制定或修订本国标准提供了重要的国际基准参考。第二，为变频热泵性能评价提供了规范化框架。近年来，变频热泵在全球市场的占有率持续提升，但其部分负荷性能的准确评价一直是技术难点。ISO21978在充分吸收变频热泵技术发展最新成果的基础上，建立了涵盖变容量工况、启停工况和动态过渡工况的完整试验与计算方法体系，为变频技术的推广应用提供了标准支撑。第三，与既有标准体系形成了良好的兼容与互补关系。该标准在试验条件设定、计算方法框架等方面与ISO13256系列、IEC62585以及欧盟EN14511等标准保持协调，便于各国在现行标准体系中平稳引入。4.2对热泵产业发展的促进作用从产业视角来看，ISO21978的实施将深刻影响全球热泵产业的竞争格局和技术方向。一是推动产品能效评价从"额定工况"向"全工况"转型。标准的发布将引导制造商将产品研发重点从单纯提升额定工况COP转向优化部分负荷性能，尤其是提高热泵在低负荷率条件下的运行效率和除霜控制策略的智能化水平。二是促进热泵产品国际贸易的便利化。统一的国际评价基准有助于消除技术性贸易壁垒。采用ISO21978作为技术法规和合格评定依据的国家和地区，能够有效简化进口产品的能效验证程序，降低贸易成本。三是有力支撑热泵作为碳中和关键技术路线的推广。各国政府在制定热泵推广政策（如补贴、能效标准、绿色采购等）时，可利用该标准提供的统一的SCOP指标作为政策工具，更科学地评估热泵替代传统锅炉的碳减排效益，从而制定更加精准有效的支持政策。五、标准制定参与机构介绍ISO21978:2023的制定工作由国际标准化组织制冷与空气调节技术委员会（ISO/TC86）及其分技术委员会SC6（空调与热泵性能试验）牵头组织，来自全球主要热泵生产国和研究机构的数十位专家共同参与。在众多参与单位中，中国建筑科学研究院有限公司（以下简称"中国建研院"）作为中国在该标准制定工作中的核心技术支持单位，为标准的制定做出了突出贡献。中国建筑科学研究院有限公司成立于1953年，原为建设部建筑科学研究院，2000年转制为科技型企业，现隶属国务院国有资产监督管理委员会。作为全国建筑行业最大的综合性研究和开发机构，中国建研院在建筑环境与节能领域拥有雄厚的技术实力和丰富的标准化工作经验。该院设有国家空调设备质量检验检测中心和国家建筑节能质量检验检测中心，是ISO/TC86/SC6国内技术对口单位的依托机构。在ISO21978的制定过程中，中国建研院充分发挥了以下关键作用：一是深度参与标准框架设计。中国建研院专家结合我国在空气-水热泵季节能效评价领域的长期研究成果和工程实践经验，积极参与了标准框架的讨论和设计，在试验工况选取、部分负荷率计算方法选择以及低温工况修正规则等核心技术环节提出了一系列具有建设性的建议方案。二是组织开展国际协同试验验证。为确保标准中规定的试验方法的可操作性和结果的可重复性，中国建研院组织国内多家主流热泵制造企业开展了协同试验验证工作，在不同气候条件和多种机组形式下对标准草案中的试验方法进行了系统验证。协同试验数据和验证结论为标准的最终定稿提供了重要的实证支撑。三是推