徐昭炜：低温空气源热泵供暖发展与展望

编者按：7月26日-28日，由中国节能协会主办、中国节能协会热泵专委会承办的“2022中国热泵行业年会”在济南成功举办。在同期举办的“热泵清洁取暖论坛”上，中国建筑科学研究院环境监测中心副主任徐昭炜进行了《低温空气源热泵供暖发展与展望》的主题分享。

报告主要分为低温空气源热泵技术发展回顾、低温空气源热泵技术技术展望、低温空气源热泵技术政策展望、小结四个部分。

一、低温空气源热泵技术发展回顾

空气源热泵因安装便捷、使用灵活、高效节能等特点在全世界得到了广泛的应用。但是，低温和结霜两大技术难题限制了空气源热泵向我国北方严寒地区的发展。

二十一世纪初，压缩机技术以及系统的发展，如喷气/液准双级、双级压缩，双级耦合、复叠式系统的出现，解决了低温空气源热泵低温适应性的问题。2010年前后，三个国标GB/T 25127.1-2010、GB/T 25127.2-2010、GB/T 25857-2010的编制和实施为低温空气源热泵规模化的应用筑牢了基础。

由于2012-2013年雾霾频发，北京市出台《2013~2017年清洁空气行动计划》。经过两年多的摸索，在16年确定了低温空气源热泵的大规模使用，北京市平原地区安装量大概17万套，2017年达到了35万套左右，2018年开始逐步向山区推进。2020年，北京市平原地区村庄已实现无煤化的目标。5年的改造总户数108万户，其中空气热泵热水机组约80万台，占总改造量的70%。

另一个需要注意的方面，在平原向山区村庄推进的过程中，促进了空气源热泵热风机的迭代升级和定型。虽然在北京的安装量只有5万台，但是促进了后面全国范围的推广。

2021年，北京市六项空气污染物指标首次全面达标，经过大量的数据模型测算，空气源的泵对其中的贡献极为显著。

2016年底，中央财经领导小组第十四次会议习近平总书记提出推进北方地区清洁取暖工程，十部委发文《北方地区清洁取暖规划》。从原来2+26个城市的大气通传输通道扩展到整个北方。从寒冷地区逐步扩大到东北、华北北部，以及西北等严寒地区。截至今年5月份，共完成试点城市清洁取暖88个。

二、低温空气源热泵技术技术展望

在能效提升方面，2016年，北京以国标(GB/T 25127)为主要依据大量推行空气源热泵，要求COP在名义工况-12℃的时候达到2.1， IPLV达到2.4，环境温度从-20℃下调到-25℃。经过一年的试点，2017年，对-20℃环境温度的能效提出了1.6的要求。2018年，全面提升了名义工况IPLV，并提出因地制宜推广热泵热风机。2019年开始鼓励使用变频式、分体式空气源热泵。2021年，提出一级能效标准，对-30℃水温工况提出了1.4COP的要求。

北京的发展路线助力了国标(GB/T 25127)的修订和低温空气源热泵能效标准的制定，技术指标逐年提高。

更高能效：目前，国内已经普遍可以做到一级能效了，那么一级能效还有进步空间吗?我们可以再往国外看一看。欧洲使用空气源热泵比较早，对能效也有相关要求。我们以一台一级能效IPLV(H)=3.25的机组为例，按照欧洲标准(EU)NO 813/2013进行折算，可以算出它的效率是173%，达到了A++，已经非常接近A+++的175%。

其中有三个方面值得注意。第一个是国标能效一般指机组本身，很少考虑其他因素，欧标会考虑待机、曲轴箱加热功率等的影响，但是这个影响低于3%。第二点是易结霜工况下容易造成机组非稳态运行，欧标的-7、-8,2、1，是处于易结霜工况。我们的国标目前是-6、-8和0、-3，相对湿度比较低，对于这种易结霜工况，会出现非稳态运行。需要考虑除霜对能效的影响。第三点是要达到A+++能效，可能需要增加两器的面积。

整体来说，我们现在的一级能效的3.2的要求已经跟欧标的A+++非常接近。

更高能效：但是在系统能效上，我们以2017年安装的一个100套左右的项目为例，做一下数据分析。这个系统的COP在整个供暖季的分布是1.54~2.95，也就是平均值2.21，系统实际运行性能呈现非常明显的差距。引起能效差距的主要原因细分为1、系统运行水温差异；2、部分负荷下运行；3、水泵匹配以及运行能效的影响；4、除霜运行。

那么系统实际运行能效怎么提升?我们把能效损失因素做一下拆解，可以分为四个部分。第一是机组本身的稳定运行。例如主机性能衰减、循环水泵的能耗过大、频繁启停以及除霜影响等。我们以六个项目做一个定量分析，可以得出稳态运行的能效下降区间为4%~24%，其中主要问题就是过滤器的脏堵以及两器结构，另外制冷剂的微泄露也会造成能效下降。第二点是待机状态下水泵运行也会造成一些额外的能耗。第三是频繁启停，对舒适性、电网等都会产生影响。最后是除霜，在北京比较干燥的环境背景下影响是3%左右  。

更低温度的适应性：以北京极寒天气时期为例，2021.1.6号和7号,北京市山区逐时温度达到-26℃，在这种情况下，我们监测的样本总体运行情况是平稳的，供暖季基本上能够保障稳定在18℃，在最冷的两天内室内温度也能达到16℃，系统整体的COP也最低能达到1.6左右，机组的低温适应性是非常好的。

更低温度适应性：进一步观察，在东北地区，以吉林的延边、黑龙江大庆的空气源热泵供暖项目为例。整体上来讲可以保障供暖季可靠的运行，在最冷的-20℃~-18℃的温度下系统COP也能够达到1.8以上。

目前，我们监测的范围内，我们需要关注-32℃、-40℃等更低温度下机组运行状况。今年试点城市沈阳、长春、哈尔滨等值得我们关注。

更低噪声：在城市没有足够大的安装空间的背景下，低噪声是基本需求。传统上我们噪声测试更关注声压级。声压级属于复合性质的，与安装空间、场地等都有关系。而声功率级更侧重于产品本身的性质。我们建议用声压级做环境的限制，声功率级做产品的限制。

更小“二次污染”：冷凝水的无序排放对用户体验有一定的影响，在冬天寒冷天气下可能还会造成安全隐患。

更加智能化：随着互联网平台技术的发展，有望做到可以识别建筑负荷特性、用能习惯，充分纳入建筑热惯性对室温波动的平抑作用，从供需匹配出发，将“反馈控制”变为“主动控制”，做到运行频率、膨胀阀阀位、控温范围的最优化。

三、低温空气源热泵技术政策展望

政策展望：近年来，建筑领域的双碳政策多次提到热泵，其中第一个是热泵新风一体机，随着超低能耗建筑的推广，研制出集新风、热回收、供冷供热于一体的热泵新风一体机，能否大量推广使用。第二个是既有建筑节能改造，通过测算，目前北京约有100万台壁挂炉，未来可能有改造需求，不同于农村地区，在城镇如果想推广热泵，必须是小型化、低噪声、兼顾生活热水和制冷的需求，来满足未来既有建筑节能改造的要求。

第三个是面向“光储直柔”的全直流变频热泵，主要是适应“直流配电”和“柔性用能”。将促进热泵随着供暖电力化拥有更广阔的应用。

关于国际需求，俄乌战争带来了对热泵需求的增加。目前有资料显示，2026年欧洲热泵市场预计将达到150亿美元的需求。

政策更新方面，从2016年空气源热泵大规模安装算起，部分设备使用年限已经达到七八年，经过对典型项目的调查分析，设备的能效逐年下降，部分设备能效甚至下降30%-40%。为保障低碳供暖的长期有效性和持续性，在未来3~5年内迫切需要清洁取暖设备精细化运行维护，对故障和低能效设备更新。

我们将系统功能衰减分解为稳定工况的性能衰减与实际运行性能下降两个部分。稳定工况的性能衰减通过基础的维护或者更新得到改善，实际运行性能下降通过系统能效提升和经济运行来改善。去年我们启动了《空气源热泵系统能效提升与经济运行技术规程》《冷热源设备维护和更新技术规程》标准的编制，就是希望能够通过两个标准针对这个问题提出标准化的解决方案。

四、小结