热泵机组部分负荷性能系数IPLV加权计算书

文件编号：WN-HP-2026-018热泵机组部分负荷性能系数（IPLV）加权计算书水冷螺杆式热泵机组（名义制冷量1050kW）制冷与制热双工况工程名称×××综合能源站冷热源工程设计阶段施工图设计阶段机组型式水冷螺杆式热泵机组（双工况）文件类型技术计算书机组型号LSBLG-HP1050M执行标准GB19577-2024名义制冷量1050kW名义制热量1150kW制冷剂R134a文件版次A版（第一版）编制单位×××建筑设计研究院有限公司编制日期2026年10月27日职责姓名签字日期编制校核审核批准×××建筑设计研究院有限公司二〇二六年十月热泵机组部分负荷性能系数（IPLV）加权计算书 WN-HP-2026-018第0页共1页目录TOC\o"1-2"\h\z\u第1章总则 11.1编制目的 11.2适用范围 11.3编制依据 11.4术语、符号与单位 2第2章机组概况与技术参数 32.1机组基本参数 32.2主要部件与系统配置 32.3设计工况与运行模式 42.4基础数据来源与可信度说明 4第3章计算方法与原理 53.1IPLV的定义与物理意义 53.2部分负荷工况点及水温条件 53.3IPLV加权计算式 53.4权重系数的取值与依据 63.5数据处理与数值修约规则 6第4章部分负荷性能计算 74.1制冷工况部分负荷性能 74.2制热工况部分负荷性能 74.3冷却水温度变化条件下的性能修正 74.4部分负荷性能曲线 8第5章IPLV加权计算 95.1制冷综合部分负荷性能系数计算 95.2制热综合部分负荷性能系数计算 95.3全年综合能效指标估算 105.4计算结果汇总 10第6章多标准对照计算 126.1现行强制性国家标准口径 126.2产品性能标准口径 126.3国际标准口径 126.4各标准口径结果对比与分析 12第7章能效等级判定与安全核验 147.1能效限定值核验 147.2名义值（明示值）偏差核验 147.3安全保护与可靠性核验 147.4计算假定与边界条件复核 157.5误差与不确定度分析 15第8章结果分析 168.1部分负荷能效特性分析 168.2敏感性分析 168.3与同类机组对比分析 168.4存在问题与改进方向 17第9章工程指导意义 189.1设备选型与配置建议 189.2运行策略优化建议 189.3系统性节能措施 189.4能效监测与运维建议 18第10章结论与建议 1910.1主要结论 1910.2建议 19附表 20第1章总则1.1编制目的本计算书针对×××综合能源站冷热源工程所选用的水冷螺杆式热泵机组（名义制冷量1050kW）编制，旨在依据现行国家标准规定的方法，对其在部分负荷条件下的综合能效水平进行量化计算与评定。机组在实际运行中，全年绝大部分时间处于部分负荷状态，满负荷运行时间占比极小。仅以名义工况性能系数（COP）评价机组能效，无法反映其真实能耗特征。为此，本计算书按100%、75%、50%、25%四个负荷率工况点的时间权重，对机组性能系数进行加权计算，得到综合部分负荷性能系数（IPLV），并据此开展能效等级判定、安全核验、结果分析与工程应用建议，为设备选型确认、系统设计与运行策略优化提供量化依据。1.2适用范围本计算书适用于本工程水冷螺杆式热泵机组部分负荷性能系数的计算与评定。计算范围覆盖机组名义工况参数、部分负荷工况参数、IPLV加权计算、能效限值核验、多标准对照、敏感性分析与工程指导意义等内容。离心式、风冷式、水（地）源式等其他型式机组的IPLV计算，可参照本计算书的计算流程执行，但工况参数、权重系数与能效限值应按所对应的现行标准另行取值。1.3编制依据（1）GB19577-2024《热泵和冷水机组能效限定值及能效等级》；（2）GB/T18430.1-2024《蒸气压缩循环冷水（热泵）机组第1部分：工业或商业用及类似用途的冷水（热泵）机组》；（3）GB/T10870-2014《蒸气压缩循环冷水（热泵）机组性能试验方法》；（4）GB50189-2015《公共建筑节能设计标准》；（5）GB50736-2012《民用建筑供暖通风与空气调节设计规范》；（6）AHRIStandard550/590-2020《PerformanceRatingofWater-ChillingandHeatPumpWater-HeatingPackagesUsingtheVaporCompressionCycle》；（7）机组制造厂商提供的产品技术样本、选型计算报告及出厂性能试验数据。说明：GB19577-2024于2024年4月29日发布、2025年2月1日实施，全部代替GB19577-2015、GB29540-2013、GB30721-2014与GB37480-2019四项标准；GB/T18430.1-2024于2024年9月29日发布、2025年4月1日实施。本计算书以现行有效版本为准。1.4术语、符号与单位本计算书所用的主要术语、符号与单位见表1-1。表1-1主要术语、符号与单位符号名称含义单位IPLV综合部分负荷性能系数按部分负荷运行时间加权求得的机组综合能效指标W/WCOP性能系数名义工况下制冷（热）量与输入功率之比W/WNPLV非标准工况部分负荷值实际水温条件下对应的综合部分负荷指标W/WACOP全年综合性能系数全年供冷（热）量与全年耗电量之比W/WCC名义制冷量名义工况下的机组制冷量kWL部分负荷率部分负荷制冷量与名义制冷量之比%w时间权重系数各负荷点在全年运行中的时间占比%Q制冷（热）量工况点下的制冷量或制热量kWP输入功率工况点下的机组总输入功率kWt温度冷却水（热源侧）或冷水（使用侧）温度℃第2章机组概况与技术参数2.1机组基本参数本工程选用机组为水冷螺杆式热泵机组，制冷与制热双工况运行，主要技术参数见表2-1。表2-1机组主要技术参数项目参数项目参数机组型式水冷螺杆式热泵机组机组型号LSBLG-HP1050M名义制冷量1050kW名义制热量1150kW制冷输入功率187.5kW名义制冷COP5.60制热输入功率273.8kW名义制热COP4.20制冷剂R134a压缩机型式半封闭双螺杆式蒸发器型式壳管式（高效换热管）冷凝器型式壳管式（高效换热管）容量调节方式滑阀无级调节＋变频调节范围25%～100%冷水进出口温度12℃/7℃冷却水进出口温度30℃/35℃供暖热水温度40℃/45℃电源380V/3N/50Hz2.2主要部件与系统配置机组由螺杆式压缩机、冷凝器、电子膨胀阀、蒸发器及电气控制系统组成。压缩机采用半封闭双螺杆结构，配置滑阀无级能量调节与变频调速，可在25%～100%负荷范围内连续调节，部分负荷工况下具有较优的能效表现。蒸发器与冷凝器均采用壳管式高效换热管束，壳侧与管侧分别设置折流与均流结构，以强化换热并降低水侧阻力。节流装置采用电子膨胀阀，可根据负荷与工况变化实时调节制冷剂流量，保证机组在部分负荷及变工况条件下稳定运行。控制系统具备负荷自动跟踪、水温精确控制、软加载与停机卸载功能，并配置高压保护、低压保护、排气温度保护、电机过载与过热保护、油温与油压差保护、水流开关保护、防冻保护及缺相逆相保护等安全联锁，为机组在部分负荷长期连续运行提供保障。2.3设计工况与运行模式本工程按供冷季与供暖季两种运行模式确定冷热源运行工况，机组名义工况参数见表2-2。表2-2机组名义工况参数运行模式使用侧温度热源侧温度负荷特征制冷（供冷季）冷水12℃/7℃冷却水30℃/35℃6—9月连续运行，随室外温度波动制热（供暖季）热水40℃/45℃热源水20℃/15℃11—次年3月运行，随室外温度变化过渡季按需切换按需切换负荷率低、间歇运行供冷季负荷率随室外气温变化，机组主要在50%～75%负荷区间运行；供暖季初期与末期的低负荷时段，机组运行于25%～50%负荷区间。上述运行特征表明，采用IPLV指标评价机组综合能效具有实际意义。2.4基础数据来源与可信度说明本计算书所用名义工况参数取自机组制造厂商产品技术样本与选型计算报告；部分负荷性能参数取自厂商性能曲线及出厂性能试验数据，并按GB/T10870-2014规定的试验方法与修正规则进行水温修正。上述数据经编校核对，作为本计算书加权计算的基础数据。第3章计算方法与原理3.1IPLV的定义与物理意义综合部分负荷性能系数（IPLV，IntegratedPartLoadValue）是用一个单一数值表示机组在部分负荷条件下综合能效水平的指标。其基本原理是：机组全年运行中，满负荷运行时间占比极小，绝大多数时间运行于中间负荷区间，因此按各负荷率下的运行时间比例对机组性能系数进行加权平均，所得综合值能够更真实地反映机组的实际能耗水平。IPLV指标的意义在于，它把“额定工况高效”与“部分负荷高效”区分开来，避免出现名义工况能效指标优良、而实际运行能耗偏高的情形，因而成为评价机组节能水平的关键指标。3.2部分负荷工况点及水温条件IPLV计算一般取100%、75%、50%、25%四个负荷率工况点。各工况点使用侧（冷水）出水温度保持名义工况值不变，热源侧（冷却水）进水温度随负荷率线性变化，按式（3-1）确定：t=15.5+0.145×L （3-1）式中：t为冷却水进水温度（℃）；L为部分负荷率（%）。据此计算各负荷点对应的冷却水进水温度，结果见表3-1。表3-1部分负荷工况点及水温条件工况点负荷率冷却水进水温度冷水出水温度A100%30.0℃7℃B75%26.4℃7℃C50%22.8℃7℃D25%19.1℃7℃3.3IPLV加权计算式按现行国家标准口径，IPLV采用各负荷点性能系数的加权算术平均计算，即：IPLV=w1·COP考虑到国际标准采用的等效加权形式，本计算书同时给出加权调和平均式作为对照：IPLV=1w1/式（3-2）、式（3-3）中：w₁、w₂、w₃、w₄分别为100%、75%、50%、25%负荷率对应的时间权重系数；COP_A、COP_B、COP_C、COP_D为对应负荷率下的性能系数。本计算书以式（3-2）为主算式进行能效判定，式（3-3）结果作为对照。3.4权重系数的取值与依据现行强制性国家标准采用的时间权重系数为：100%负荷取1%、75%负荷取42%、50%负荷取45%、25%负荷取12%；早期产品标准采用的权重为2.3%、41.5%、46.1%、10.1%。两套权重系数对比见表3-2。表3-2IPLV时间权重系数对比负荷率现行标准权重早期标准权重说明100%1%2.3%满负荷运行时间极少75%42%41.5%高负荷区，运行时间较长50%45%46.1%中间负荷区，权重最大25%12%10.1%低负荷区，多出现于过渡季由表3-2可见，75%与50%两个负荷点合计权重达87%，即机组全年约87%的运行时间处于中间负荷区间，验证了采用部分负荷加权指标评价机组能效的必要性。本计算书以现行标准权重（1%/42%/45%/12%）为主，另按早期标准权重进行对照计算。3.5数据处理与数值修约规则（1）各负荷点性能系数按样本（试验）值取两位小数；（2）加权计算过程保留三位小数，最终结果修约至两位小数；（3）温度取值精确至0.1℃，功率取值精确至0.01kW；（4）权重系数按百分数精确取值，加权求和后不再二次修约。第4章部分负荷性能计算4.1制冷工况部分负荷性能各负荷点性能系数按制冷量与输入功率之比计算，见式（4-1）：COPi=Qi式中：COP_i为第i个负荷点的制冷性能系数；Q_i为该负荷点的制冷量（kW）；P_i为该负荷点的输入功率（kW）。计算结果见表4-1。表4-1制冷工况部分负荷性能参数负荷率制冷量（kW）输入功率（kW）COP100%1050.00187.505.6075%787.50123.056.4050%525.0076.096.9025%262.5051.475.104.2制热工况部分负荷性能制热工况按名义制热量与各负荷点热源侧水温条件计算，性能系数见式（4-2）：COPh=Qh式中：COP_h为该负荷点的制热性能系数；Q_h、P_h分别为该负荷点的制热量与输入功率。计算结果见表4-2。表4-2制热工况部分负荷性能参数负荷率制热量（kW）输入功率（kW）COP100%1150.00273.814.2075%862.50181.584.7550%575.00113.865.0525%287.5073.723.904.3冷却水温度变化条件下的性能修正实际运行中，冷却水进水温度偏离标准工况时，机组性能系数将随之变化。经验证，冷却水进水温度每升高1℃，制冷性能系数约下降2.5%；每降低1℃，制冷性能系数约提高2.5%。据此给出温度偏差修正关系，见表4-3。表4-3冷却水进水温度偏差对制冷性能系数的影响温度偏差COP变化率COP变化量（以100%负荷为例）+2℃约−5.0%5.60→5.32+1℃约−2.5%5.60→5.460℃05.60−1℃约+2.5%5.60→5.74−2℃约+5.0%5.60→5.88本计算书各负荷点取值均已按标准工况冷却水进水温度确定，故不另行温度修正；实际工程运行中，可按表4-3关系对部分负荷性能进行修正判断。4.4部分负荷性能曲线机组在各负荷率下的制冷与制热性能系数变化趋势见图4-1。由图可见，机组在50%负荷附近性能系数最高，25%与100%负荷附近相对偏低，整体呈中间高、两端低的分布特征。图4-1机组部分负荷性能系数曲线第5章IPLV加权计算5.1制冷综合部分负荷性能系数计算按式（3-2），将表4-1各负荷点性能系数与表3-2权重系数对应代入，得制冷综合部分负荷性能系数：IPLV(C)=0.01×5.60+0.42×6.40+0.45×6.90+0.12×5.10 （5-1）代入计算：IPLV(C)=0.056+2.688+3.105+0.612=6.461≈6.46加权计算明细见表5-1。表5-1IPLV(C)加权计算明细负荷率COP权重加权项100%5.600.010.05675%6.400.422.68850%6.900.453.10525%5.100.120.612合计—1.006.461作为对照，按式（3-3）加权调和平均计算，IPLV(C)为6.40。两种算式结果差异约0.9%，均在合理范围内。本计算书以主算式结果6.46作为判定值。5.2制热综合部分负荷性能系数计算按同样方法，将表4-2各负荷点制热性能系数代入计算，得制热综合部分负荷性能系数：IPLV(H)=0.01×4.20+0.42×4.75+0.45×5.05+0.12×3.90 （5-2）代入计算：IPLV(H)=0.042+1.995+2.2725+0.468=4.778≈4.78按式（3-3）加权调和平均计算，IPLV(H)为4.75，与主算式结果基本一致。加权计算明细见表5-2。表5-2IPLV(H)加权计算明细负荷率COP权重加权项100%4.200.010.04275%4.750.421.99550%5.050.452.27325%3.900.120.468合计—1.004.7785.3全年综合能效指标估算在IPLV基础上，按等效满负荷运行小时法估算机组全年综合能效，计算式见式（5-3）：ACOP=Qc+Q式中：Q_c、Q_h分别为全年供冷量与供热量（kWh）；E_c、E_h分别为制冷季与供暖季耗电量（kWh）。按供冷季等效满负荷运行1200h、供暖季等效满负荷运行1000h估算：全年供冷量1050×1200=1260000kWh，制冷季耗电1260000÷6.46≈195046kWh；全年供热量1150×1000=1150000kWh，供暖季耗电1150000÷4.78≈240586kWh；ACOP=(1260000+1150000)÷(195046+240586)=2410000÷435632≈5.53。该指标为按等效满负荷运行小时法估算的简化值，用于反映机组全年综合能效水平，实际工程应结合逐时负荷分布另行详细计算。5.4计算结果汇总机组IPLV及相关能效计算结果汇总见表5-3。表5-3机组能效计算结果汇总序号指标主算式结果调和式对照1IPLV(C)6.466.402IPLV(H)4.784.753ACOP（估算）5.53—第6章多标准对照计算6.1现行强制性国家标准口径按GB19577-2024规定的能效等级判定方法，机组采用综合部分负荷性能系数（IPLV）与性能系数（COP）双指标评价。本机组名义制冷量1050kW，属水冷式舒适型机组中528kW＜CC≤1163kW容量段。按现行权重系数（1%/42%/45%/12%）计算，制冷IPLV(C)为6.46，名义制冷COP为5.60。6.2产品性能标准口径按GB/T18430.1-2024规定的部分负荷性能试验与计算方法，采用早期权重系数（2.3%/41.5%/46.1%/10.1%）计算，制冷IPLV(C)为6.48。该结果与§6.1计算结果相差约0.3%，说明本机组部分负荷能效特性在不同权重体系下表现稳定。6.3国际标准口径按AHRI550/590-2020规定的加权调和平均算法，权重系数为1%/42%/45%/12%，计算得制冷IPLV(C)为6.40。当实际冷却水温度偏离标准工况时，应按非标准工况部分负荷值（NPLV）进行评价，其算法与IPLV一致，仅水温条件按实际取值。6.4各标准口径结果对比与分析各标准口径的计算结果与限值要求对比见表6-1，两套权重系数的时间分布对比见图6-1。表6-1各标准口径计算结果对比标准口径权重体系计算式形式IPLV(C)结果GB19577-20241%/42%/45%/12%加权算术平均6.46GB/T18430.1-20242.3%/41.5%/46.1%/10.1%加权算术平均6.48AHRI550/590-20201%/42%/45%/12%加权调和平均6.40图6-1两套IPLV时间权重系数分布对比由表6-1与图6-1可见：现行标准与早期标准在75%、50%负荷点的权重基本一致，差异主要集中于100%与25%负荷点；采用加权调和平均算法时结果略低于加权算术平均算法。三种口径计算结果均落在6.40～6.48之间，表明本机组综合部分负荷能效水平稳定可靠。第7章能效等级判定与安全核验7.1能效限定值核验能效限定值为强制性指标，机组须同时满足性能系数（COP）与综合部分负荷性能系数（IPLV）的最低要求。本机组额定参数与能效限定值核验结果见表7-1。表7-1能效限定值核验结果核验指标标准限值（能效限定值）本机组计算值判定IPLV(C)≥6.206.46合格名义制冷COP≥5.405.60合格名义制热量≥名义值的95%1150kW合格核验结论：本机组IPLV(C)与名义制冷COP均不低于现行国家标准规定的能效限定值，满足强制性准入要求。7.2名义值（明示值）偏差核验按标准要求，机组实测（计算）能效指标不应低于明示值的92%。本机组IPLV(C)计算值与明示值之比为6.46÷5.60≈115%（同口径换算），远高于92%的偏差限值，不存在虚标风险。7.3安全保护与可靠性核验机组在部分负荷长期连续运行条件下的安全保护功能配置见表7-2。表7-2安全保护功能核验序号保护项目保护功能说明核验结果1高压保护冷凝压力超限时停机并报警合格2低压保护蒸发压力过低时停机保护合格3排气温度保护排气温度超限时卸载或停机合格4电机过载/过热保护电流、绕组温度双重保护合格5油温、油压差保护保证润滑可靠，超限停机合格6水流开关保护断流时禁止启动、运行停机合格7防冻保护出水温度过低时停机防冻合格8缺相、逆相、欠压保护电源异常时保护停机合格9系统联锁保护与水泵、冷却塔、电动阀联锁合格7.4计算假定与边界条件复核（1）机组处于稳态运行工况，各负荷点参数在测试（取值）期间保持稳定；（2）水流量按名义工况取值，忽略流量波动对换热与能耗的影响；（3）按标准工况水温计算，不另计入水质、污垢及管路温升的影响；（4）各负荷点性能系数取自同一测试批次数据，具有一致性；（5）负荷率基准为名义制冷量，部分负荷点按名义制冷量的百分比确定；（6）控制系统、变频器及辅助设备的能耗已计入机组输入功率。7.5误差与不确定度分析各测量参数误差对性能系数的影响见表7-3。表7-3测量误差对性能系数的影响分析参数允许误差对COP的影响温度测量（铂电阻）±0.1℃约±0.25%水流量（超声波流量计）±1.0%约±1.00%电功率（功率分析仪）±0.5%约±0.50%合成不确定度—约±1.3%计入数据来源偏差后的综合不确定度—约±1.5%按上述分析，本计算书IPLV(C)结果的综合不确定度约±1.5%，即IPLV(C)取值区间约为6.36～6.56，仍不低于能效限定值6.20，核验结论具有足够裕度。第8章结果分析8.1部分负荷能效特性分析由表4-1、表5-1及图4-1可见，机组性能系数在50%负荷点达到最高值6.90，75%负荷点为6.40，100%负荷点降至5.60，25%负荷点为5.10。机组在50%～75%负荷区间保持较高能效水平，与其全年主要运行区间高度重合，说明机组选型与负荷特性匹配良好。25%负荷点性能系数相对偏低，主要受低负荷下压缩机效率下降、换热面积利用率降低及辅助设备能耗占比上升影响。工程中应通过台数控制与变频调节，尽量使机组运行于50%以上负荷区间。8.2敏感性分析为识别关键影响因素，对各负荷点性能系数分别提高5%时的IPLV(C)变化进行敏感性分析，结果见表8-1。表8-1IPLV(C)敏感性分析结果变动因素COP变化IPLV(C)变化变化幅度100%负荷点5.60→5.886.461→6.464＋0.04%75%负荷点6.40→6.726.461→6.595＋2.08%50%负荷点6.90→7.2456.461→6.616＋2.40%25%负荷点5.10→5.3556.461→6.492＋0.47%分析表明：50%与75%负荷点性能系数对IPLV(C)影响最为显著，二者合计贡献约4.5个百分点的提升空间；100%与25%负荷点影响相对有限。因此，机组能效优化的重点应放在提升中间负荷区的压缩机能效与换热效率上。8.3与同类机组对比分析将本机组能效指标与同类水冷螺杆式机组的一般水平进行对比，见表8-2。表8-2与同类机组能效水平对比机型名义COPIPLV(C)能效水平本工程机组5.606.46优于能效限定值同类机组一般水平5.20～5.606.00～6.50满足准入要求高效机组参考水平≥5.80≥7.00高能效水平对比可见，本机组名义COP与IPLV(C)均处于同类机组较好水平，能够满足工程节能设计要求；若进一步采用磁悬浮、变频优化控制等技术，IPLV(C)有望提升至7.00以上。8.4存在问题与改进方向（1）25%低负荷点性能系数偏低，建议通过变频调节与多机头组合运行改善低负荷能效；（2）部分负荷性能参数主要来源于厂商样本与出厂试验数据，建议投运后开展现场能效测试予以验证；（3）冷却水温度对能效影响显著，建议优化冷却塔运行策略，尽量降低冷却水进水温度；（4）建议建立机组运行数据采集系统，为后续能效评估与优化提供数据支撑。第9章工程指导意义9.1设备选型与配置建议设备选型阶段，应在关注名义工况COP的同时，重点核查机组的IPLV指标，避免出现“额定高效、部分负荷高耗”的情况。对于以部分负荷运行为主的空调冷热源系统，宜优先选用IPLV指标优良且部分负荷调节范围宽的机组。对于多机组配置的系统，机组台数与单机容量应结合负荷率分布确定，使常用负荷段落在单机高效运行区间。9.2运行策略优化建议运行阶段宜采用“变频优先、小负荷优先”的控制策略：低负荷时段优先投入单台机组变频运行，避免机组频繁启停；中高负荷时段按顺序加机，使各机组运行于50%～75%高效区间；过渡季根据冷热需求切换运行模式，减少无效运行。同时应结合冷却水温度变化调整冷凝侧运行参数，降低冷凝压力以提升能效。9.3系统性节能措施（1）优化冷却塔台数与风机变频控制，降低冷却水进水温度；（2）对冷冻水与冷却水系统实施变流量控制，降低水泵输配能耗；（3）加强水系统水质管理与除垢，减小换热热阻；（4）设置负荷预测与群控调度，减少机组低效运行时间；（5）结合峰谷电价，合理安排蓄冷（热）与机组运行时段。9.4能效监测与运维建议建议在机组与系统中设置温度、流量、电功率等计量装置，建立能效在线监测与统计系统，按月度、年度统计机组实际运行COP与IPLV，与设计值进行对比分析。当实测能效持