ISO 219782021 热泵热水器 - 部分负荷条件下的测试和额定值以及季节性能因素的计算标准立项发展报告

热泵热水器部分负荷条件下的测试和额定值以及季节性能因素的计算标准立项发展报告StandardizationDevelopmentReport:Heatpumpwaterheater—Testingandratingatpartloadconditionsandcalculationofseasonalcoefficientofperformanceforspaceheating摘要随着全球能源转型进程加速与建筑领域碳中和目标的深入推进，热泵热水器作为高效电气化供热设备，其能效评价方法已成为国际标准化工作的关键议题。本报告围绕ISO21978:2021《热泵热水器——部分负荷条件下的测试和额定值以及季节性能因素的计算》标准的立项背景、技术内容、发展历程及应用价值展开系统分析。该标准由国际标准化组织（ISO）发布，针对热泵热水器在实际运行中频繁处于部分负荷状态的典型特征，建立了覆盖变工况运行测试方法、季节性能系数计算模型及额定值界定规则在内的完整技术框架。报告详细阐述了标准的适用范围、核心术语定义、测试条件设定原则以及季节性能评价算法，并与欧盟EN16147、美国AHRI1280等区域标准进行了技术比对分析。同时，报告中介绍了中国参与该标准制定工作的主要单位及其技术贡献。研究表明，ISO21978:2021为全球热泵热水器能效评价体系的统一化提供了重要技术基础，其对部分负荷工况的精细化处理显著提升了能效评价结果与实际运行表现的吻合度。该标准虽已废止，但其技术方法已被后续修订版本所继承发展，对推动热泵热水器行业的技术升级、能效标识互认及绿色低碳转型仍具有重要的参考价值。关键词：热泵热水器；部分负荷；季节性能系数；能效测试；国际标准；标准化发展一、引言1.1研究背景在全球应对气候变化与推进能源结构转型的时代背景下，热泵技术作为实现电能替代和低碳供热的战略性技术路线，受到世界各国的高度重视。据国际能源署（IEA）发布的《可再生能源2023》报告显示，热泵在全球建筑供暖领域的部署规模持续快速增长，其节能减排效益的充分发挥在很大程度上取决于设备在实际运行工况下的能效水平。然而，热泵热水器在实际使用过程中，大部分运行时间处于部分负荷状态——即设备输出能力高于实际热需求的状态，而传统能效评价方法多基于满负荷或额定工况进行测试，导致实验室评价结果与实际现场能耗表现之间存在显著偏差。为解决这一问题，国际标准化组织于2021年正式发布了ISO21978:2021标准，旨在建立一套能够真实反映热泵热水器部分负荷性能的测试方法和季节性能评价体系。该标准的出台填补了热泵热水器领域部分负荷能效评价国际标准的空白，对于统一各国能效测试方法、促进全球范围内的能效对标和国际贸易便利化具有重要意义。1.2标准基本信息ISO21978:2021标准由国际标准化组织（InternationalOrganizationforStandardization，简称ISO）归口管理，于2021年2月3日正式发布。该标准的技术委员会归属为ISO/TC86（制冷与空调技术委员会）及其分技术委员会SC6（空气调节和热泵试验与评定）。标准采用英文版本，其完整名称为“Heatpumpwaterheater—Testingandratingatpartloadconditionsandcalculationofseasonalcoefficientofperformanceforspaceheating”，中文标准名称为《热泵热水器——部分负荷条件下的测试和额定值以及季节性能因素的计算》，标准状态为废止（已被更新版本替代），中国标准分类号归属为热泵类别。该标准的发布标志着全球热泵热水器能效评价从单一额定工况向全年季节性能评估的范式转变取得了重要的标准化成果。二、标准立项背景与研制历程2.1标准立项的必要性分析2.1.1技术发展的客观需求热泵热水器的技术原理是通过热力学逆循环，从环境空气、水源或地源中提取低位热能，经压缩机和换热系统提升为高位热能用于加热生活热水。与传统的电热水器和燃气热水器相比，热泵热水器的能效比（COP）通常可达2.0至4.0以上，具有显著的节能优势。然而，热泵热水器的实际运行能效受环境温度、进水温度、用水模式、蓄热水箱状态等多重因素影响，呈现强烈的动态变化特征。在ISO21978:2021标准发布之前，国际通行的热泵热水器能效测试方式主要依据ISO16147系列标准或各区域的标准化文件（如欧盟EN16147、美国能源部测试程序等），侧重于额定工况或单一测试条件下的性能标定。这种评价方式存在以下局限：第一，无法充分反映设备在部分负荷运行状态下的能效表现，而实际使用中设备在部分负荷状态的运行时间占比往往超过70%；第二，不同国家之间的能效测试方法不一致，造成能效标识和认证结果不可比，增加了国际贸易的合规成本；第三，缺乏统一的季节性能评价指标体系，难以支撑碳中和目标下的精细化能源管理需求。2.1.2国际标准化的协调需求在全球热泵热水器市场规模持续扩张的背景下，制造商面向多国市场销售产品时，不得不重复进行不同标准的测试和认证，既增加了产品开发成本，也延长了上市周期。建立统一的国际标准，实现能效测试和评价方法的互认，成为产业界的共同呼声。在此背景下，ISO/TC86/SC6组织启动了热泵热水器部分负荷测试与季节性能评价标准的制定工作，ISO21978:2021即为这一工作的重要成果。2.2标准研制的主要历程ISO21978:2021标准的研制过程遵循ISO/IEC导则规定的标准制定程序，经历了新工作项目提案（NP）、工作草案（WD）、委员会草案（CD）、国际标准草案（DIS）、最终国际标准草案（FDIS）等各阶段。该标准制定工作自启动至正式发布历时约三年左右，由来自中国、日本、德国、意大利、法国、美国等多个国家的专家共同参与。各国专家在标准制定过程中就测试工况选取、边界条件设定、季节性能计算方法框架等核心技术问题进行了多轮技术讨论和实验验证，最终在协商一致的基础上形成了该国际标准。三、标准主要技术内容解析3.1标准适用范围与基本框架ISO21978:2021标准的适用范围涵盖了采用蒸气压缩循环、以空气为热源、用于制备生活热水的热泵热水器（含热泵热水机组），其名义制热能力一般不超过某个上限值（根据标准具体规定）。标准同时适用于以储水式水箱为蓄热装置的整体式热泵热水器和分体式热泵热水器系统。标准不适用于以燃气或其他燃料为辅助热源的混合能源热水设备，也不适用于单纯的电加热热水器。标准的技术框架主要由以下四个部分组成：定义与术语、测试方法与条件、额定值评定规则以及季节性能系数的计算方法。3.2核心术语与技术定义ISO21978:2021标准对以下关键术语给出了明确定义：部分负荷状态指热泵热水器在实际运行中，其制热能力大于建筑或用户当前热需求，导致设备需要间歇运行或在降低的输出能力下运行的工作状态。在部分负荷状态下，热泵热水器的启停循环频率、运行时间比以及系统热惯性均会对实际能效产生显著影响。季节性能系数（SeasonalCoefficientofPerformance,SCOP）指在规定的季节运行条件下，热泵热水器在整个供热季节提供的有效热量总和与消耗的总电能（包含辅助能耗）的比值。SCOP是综合评价热泵热水器全年能效水平的核心指标，不同于仅在单一额定工况下测得的COP值，SCOP能够更加真实地反映设备在实际使用条件下的能效表现。测试条件与额定工况指标准中规定的环境温度、进水温度、出水温度设定值，以及水箱初始水温、用水负荷模式分布等试验边界条件。标准针对不同气候区域规定了若干组具有代表性的测试工况组合，以确保试验结果的区域适用性。3.3部分负荷测试方法ISO21978:2021标准的核心技术内容之一在于部分负荷测试方法的设计。标准充分考虑了热泵热水器在部分负荷条件下的运行特征，建立了以下测试程序体系。首先，在测试工况设置方面，标准规定了多个典型的测试温度条件，涵盖低温、中等温度和高温等环境温度水平，以适应不同气候区域的应用条件。每个测试工况均对环境干球温度、湿球温度、进水温度及出水温度设定了明确允许偏差范围。其次，标准确立了“分段测试+综合计算”的评价技术路线。具体而言，通过试验测定热泵热水器在不同温度工况下的制热能力、输入功率和能效比，并测量设备在启停循环过程中的动态能耗行为（包括待机功耗、控制功耗、水箱热损失等参数），然后基于这些实测数据，利用标准的季节性能计算方法，将不同工况下的性能表现按供热季节负荷分布进行加权综合，从而得到SCOP值。第三，标准引入了“水箱热损失系数”的测定方法。热泵热水器区别于即热式设备的显著特征在于其配置了蓄热水箱，水箱的散热损失直接影响到设备的待机能耗和部分负荷运行效率。标准通过规定水箱热损失系数的试验测定方法，确保评价结果能够反映储热环节的能效影响。3.4季节性能计算方法ISO21978:2021标准建立了分区间加权平均的季节性能计算方法，其核心计算原则如下：将供热季节划分为若干个温度区间（Bin），根据各温度区间在参考季节中的出现小时数确定权重系数，结合热泵热水器在各温度区间下的运行特性（包括制热能力、输入功率、启停损失等参数），计算整个供热季节的总热量输出与总能量消耗。SCOP的计算公式可概括为：SCOP=Σ(Q_heat,i×t_i)/[Σ(E_input,i×t_i)+E_standby]其中Q_heat,i和E_input,i分别为第i个温度区间的制热能力和输入功率，t_i为该温度区间的累计运行小时数，E_standby为整个供热季节的待机能耗。这种分区间加权计算方法充分考虑到了热泵热水器在不同环境温度条件下能效差异显著这一特征，其计算结果能够更加精确地反映设备在特定气候区域的实际能效表现。同时，标准还规定了计算过程中的修正规则和边界条件限制，以确保计算结果的可靠性和可比性。四、标准的主要技术特点与创新4.1填补热泵热水器季节能效国际标准空白ISO21978:2021是国际标准化组织在热泵热水器部分负荷评价领域的标志性成果。在ISO21978:2021发布之前，国际层面尚无专门针对热泵热水器部分负荷工况下测试与季节性能评价的统一标准。各主要经济体虽有各自的测试标准，但其技术路线和评价指标存在显著差异，导致全球范围内的能效数据互认面临障碍。ISO21978:2021以季节性能系数（SCOP）为核心评价指标，建立了覆盖测试方法、额定值计算和季节性能综合评估的系统性框架，为统一全球热泵热水器能效评价方法提供了重要的标准化工具。4.2精细化部分负荷工况处理标准对热泵热水器部分负荷运行的复杂物理过程进行了系统深入的标准化处理。通过引入启停损失修正系数、水箱热损失补偿机制以及多温度区间的加权计算模型，使标准的评价结果能够较为准确地反映设备在实际使用中的综合能效表现。相比传统的单点额定工况评价方法，ISO21978:2021的技术路线具有明显的科学先进性和工程实用性。4.3版本修订的动态演进值得注意的是，ISO21978:2021标准的当前状态已标注为“废止”。这一状态表明该标准已经被后续修订版本所替代。标准的废止并不意味着其技术价值丧失，恰恰相反，ISO21978:2021所建立的核心测试方法和季节性能计算框架，已被后续版本标准继承并进一步发展完善。这种动态的版本迭代机制正是国际标准保持技术先进性和时效性的重要制度保障，也反映出热泵热水器能效评价技术本身正处于活跃的发展演进之中。五、国际区域性标准比对为使ISO21978:2021的技术特征得到更清晰的认识，有必要将其与主要区域标准进行横向对比分析。5.1与欧盟标准的对比欧盟在热泵热水器能效评价领域实施的是欧洲标准化委员会（CEN）框架下的EN16147标准体系。该标准同样采用了季节性能评价的技术路线，并依据欧盟能源相关产品指令（ErP指令）建立了能效分级体系。ISO21978:2021与EN16147在SCOP计算方法上具有较高的技术一致性，但在测试工况选取和部分负荷运行时间分布模型方面存在一定差异。ISO标准倾向于提供更加灵活的气候分区选项，而欧盟标准则针对欧洲气候特征进行了定向优化。5.2与美国标准的对比美国采用AHRI1280标准（或ASHRAE相关标准）作为热泵热水器能效评价的技术依据，并采用统一能源因子（UEF）作为能效指标。与ISO21978:2021的SCOP指标相比，UEF所依据的测试工况和计算模型不同，两者之间的换算关系并不直接。美国标准的测试条件基于美国能源部规定的标准工况组合，与ISO标准的温度区间方法存在差异。但随着全球能效评价标准化趋势的推进，美国也在关注与国际标准的技术协调问题。六、主要参编单位——中国标准化研究院在ISO21978:2021标准的制定过程中，来自多个国家的技术机构和企业作出了积极贡献。其中，中国标准化研究院作为中国参与国际标准化工作的重要技术力量，在标准研制过程中发挥了重要作用。中国标准化研究院（ChinaNationalInstituteofStandardization，简称CNIS）是中国政府设立的国家级标准化科研机构，直属于国家市场监督管理总局（国家标准化管理委员会）。该研究院承担着中国标准化理论研究和应用技术研究的重要职能，在全国专业标准化技术委员会的管理协调、国际标准化活动的组织参与等方面发挥了核心支撑作用。在热泵与制冷空调领域，CNIS组织国内相关科研院所、检测机构和生产企业的技术专家组建了中国代表团，深度参与了ISO/TC86/SC6的各项技术活动。在ISO21978:2021标准制定过程中，中国标准化研究院主要从以下方面作出了技术贡献：第一，组织国内热泵热水器能效检测机构开展了多轮验证性试验，为部分负荷测试方法的可行性验证和工况参数优化提供了大量基础数据；第二，组织国内相关企业针对在中国气候条件下运行的典型热泵热水器产品进行了季节性能实测，为温度区间划分和权重系数设定提供了在中国应用场景下的技术反馈；第三，积极参与标准草案的技术讨论和意见反馈，在标准的可操作性和适用性方面提出了多项建设性修改建议。中国标准化研究院同时也是中国参与国际标准化组织其他热泵相关标准制定的重要协调单位，其在ISO/TC86/SC6技术归口工作中积累了丰富的国际标准制定经验，为中国在热泵国际标准化领域话语权的持续提升奠定了坚实基础。七、标准实施应用建议7.1对行业企业的应用指导对于热泵热水器制造企业而言，ISO21978:2021（及其后续版本）所提供的部分负荷测试方法和SCOP计算方法为产品能效的精准评价提供了统一的技术标尺。建议企业重点做好以下工作：一是按照标准要求建立完善的产品能效测试体系，获取产品在不同温度工况下的性能数据；二是在产品研发阶段即引入标准所规定的季节性能评价逻辑，将SCOP优化作为产品设计的重要约束条件，重点关注压缩机变容量调节技术、高效换热器设计和智能控制策略的优化等对SCOP有显著影响的关键技术方向；三是积极关注标准的版本更新动态，及时进行产品的对标升级，确保产品能效认证的持续有效性和市场竞争力。7.2对政策制定和检测认证机构的应用指导ISO21978:2021所确立的季节性能评价技术框架，对于政策制定部门和检测认证机构具有重要参考价值。检测机构应按照标准的技术要求配备相应的试验装置和测量仪器，建立符合标准要求的试验验证能力，确保检测结果的准确性和可重复性。政策部门可参考标准的SCOP计算方法，结合本国气候特征和能源结构，制定适合国情的能效评价技术规则和能效标识制度，引导市场向高效节能产品的方向持续转型。八、结论与展望ISO21978:2021《热泵热水器——部分负荷条件下的测试和额定值以及季节性能因素的计算》作为国际标准化组织在热泵热水器能效评价领域具有里程碑意义的规范性文件，成功地在全球范围内构建了以季节性能系数为核心指标、以部分负荷测试为技术基础的热泵热水器能效评价体系。该标准的技术贡献不仅在于建立了科学的测试和计算方法，更在于推动了全球范围内对热泵热水器实际运行能效的认知升级和方法统一。尽管该标准现已废止更新，但其奠定的技术框架和核心方法已被后续版本所继承和完善。展望未来，随着热泵热水器技术的持续进步和应用场景的日益扩展（包括与光伏系统的协同运行、智能电网的互动调节、相变储热材料等新型蓄热技术的融合应用等），对能效评价标准的精细化、动态化要求将不断提高。未来的标准修订应重点关注以下方向：一是建立更加精细的动态负荷模型，更好地反映用户实际用水行为对能效的影响；二是探索将智能控制策略的节能贡献纳入评价体系的可行性；三是加强与建筑能耗模拟标准的协调衔接，为热泵热水器在碳中和路径中的贡献评估提供更加精准的方法论支撑。中国作为全球最大的热泵热水器生产国和应用市场之一，应在积极参与国际标准制修订工作的同时，加快推动国际标准向国内标准的转化应用，进一步