隨著我國(guó)國(guó)民生活水平的提高及工業(yè)現(xiàn)代化的發(fā)展，家用、商用及工業(yè)用熱水需求量也越來(lái)越大，與此同時(shí)，由于熱泵熱水機(jī)組與傳統(tǒng)的熱水器(電熱水器，燃?xì)?a href="http://www.qddehua.com.cn/t/熱水器.html" >熱水器，太陽(yáng)能熱水器)相比，具有節(jié)能、保、安全、不受建筑結(jié)構(gòu)、氣候條件限制等特點(diǎn)，已顯出強(qiáng)有力的市場(chǎng)潛力[1]。但同時(shí)也應(yīng)注意到，除了技術(shù)和價(jià)格方面的因素外，從生產(chǎn)制造、質(zhì)量檢驗(yàn)到評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)都沒(méi)有統(tǒng)一的規(guī)范，長(zhǎng)期以來(lái)困擾著國(guó)內(nèi)熱泵熱水市場(chǎng)的發(fā)展。2008年國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 21362-2008《商業(yè)或工業(yè)用及類(lèi)似用途的熱泵熱水機(jī)組》[2](以下簡(jiǎn)稱(chēng)《標(biāo)準(zhǔn)》)的出臺(tái)，毫無(wú)疑問(wèn)給目前的熱泵熱水市場(chǎng)帶來(lái)了福音：

 

  不僅有利于規(guī)范熱泵熱水器市場(chǎng)，引導(dǎo)生產(chǎn)企業(yè)之間的良性競(jìng)爭(zhēng)；同時(shí)又能推動(dòng)熱泵熱水技術(shù)的不斷發(fā)展完善。

 

  目前國(guó)內(nèi)采用機(jī)組名義工況(nominal workingconditions)能效比來(lái)衡量機(jī)組節(jié)能性能，因此，名義工況的確定也是此次《標(biāo)準(zhǔn)》制定的難點(diǎn)及關(guān)鍵。

 

  然而，必須注意到，名義工況下的COP并不能準(zhǔn)確地體現(xiàn)機(jī)組實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中的節(jié)能效果，以空調(diào)產(chǎn)品為例，為了更合理的評(píng)價(jià)空調(diào)能效，美國(guó)的ARI210/240-2003標(biāo)準(zhǔn)[4]和日本的JRA 4046標(biāo)準(zhǔn)[5]均采用季節(jié)能效比來(lái)評(píng)價(jià)空調(diào)的節(jié)能性能。

 

  另一方面，空氣源熱泵熱水機(jī)組具有運(yùn)行工況范圍寬、常年制熱以及冷凝溫度時(shí)變等特點(diǎn)，再考慮到我國(guó)不同地區(qū)氣候差異大和用戶不同的用水習(xí)慣，相對(duì)于空調(diào)器而言，單純的依據(jù)名義工況下的能效指標(biāo)就更加難以對(duì)空氣源熱泵熱水機(jī)組的實(shí)際運(yùn)行性能做出客觀評(píng)價(jià)。

 

  《標(biāo)準(zhǔn)》將空氣源熱泵熱水機(jī)組分為普通型和低溫型，其中普通型機(jī)組名義工況干濕球溫度分別規(guī)定為20℃和15℃。下面將主要以普通型循??加熱式空氣源熱泵熱水機(jī)組為例，對(duì)其在不同條件下的節(jié)能效果進(jìn)行分析討論，如無(wú)特別說(shuō)明，空氣源熱泵熱水機(jī)組均指普通型循??加熱式空氣源熱泵熱水機(jī)組。

 

  1 上海及廣州地區(qū)空氣源熱泵熱水機(jī)

 

  組實(shí)際運(yùn)行工況分析

 

  空氣源熱泵熱水機(jī)組主要分布于我國(guó)長(zhǎng)江流域和華南地區(qū)，這里以上海和廣州地區(qū)為例，通過(guò)理論結(jié)合實(shí)際，引入全年綜合運(yùn)行工況來(lái)對(duì)空氣源熱泵熱水機(jī)組的能耗比進(jìn)行評(píng)定。

 

  1.1 上海及廣州地區(qū)氣候條件

 

  空氣源熱泵機(jī)組的運(yùn)行工況主要取決于室外干濕球溫度、初始加熱水溫和目標(biāo)水溫。以下計(jì)算均假設(shè)每次加熱過(guò)程都是從水箱補(bǔ)水溫度一直持續(xù)加熱到目標(biāo)水溫度，這樣初始加熱水溫就為水箱補(bǔ)水溫度，目標(biāo)水溫根據(jù)《標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定為55℃。

 

  圖1為上海及廣州地區(qū)室外月平均干球溫度和水箱補(bǔ)水溫度，其中室外月平均干球溫度數(shù)據(jù)來(lái)源于由中國(guó)氣象局統(tǒng)計(jì)發(fā)布的(1971-2000年)氣候標(biāo)準(zhǔn)值，水箱補(bǔ)水溫度為室外干球溫度的函數(shù)，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)值擬合得出，擬合公式如下：

 

  t0 = -0.0005ta2 + 0.51ta + 5.6 (1)其中，ta為室外????溫度，t0為在????溫度ta下的水箱補(bǔ)水溫度，受水管長(zhǎng)度和保溫情況等方面的影響，t0會(huì)略微有所差異。

 

  1.2 全年不同工況下機(jī)組的COP計(jì)算比較相對(duì)于空調(diào)系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，空氣源熱泵熱水機(jī)組全年運(yùn)行在制熱模式，蒸發(fā)溫度的變化范圍寬，而且即使在某一特定的????溫度下，隨著水溫不斷升高，相應(yīng)的冷凝壓力也會(huì)隨之升高，因此是一個(gè)復(fù)雜的變工況過(guò)程。為了更加合理的評(píng)價(jià)空氣源熱泵熱水機(jī)組全年運(yùn)行的性能指標(biāo)，G. L. Morrison[6]等人針對(duì)以上特點(diǎn)，通過(guò)實(shí)驗(yàn)結(jié)合計(jì)算擬合出熱泵熱水機(jī)組季節(jié)性COP的經(jīng)驗(yàn)公式：

 

  COP = [a1+a2 (Tt - Ta)[1-a3 (Ta - Tw)/(Ta - Td )]

 

  (2)其中，Tt、Ta、Tw和Td分別為水溫、溫度、濕球溫度以及露點(diǎn)溫度。為了便于計(jì)算，取初始水溫和終了水溫的平均值作為水溫標(biāo)準(zhǔn)值作為T(mén)t，并把上海和廣州地區(qū)的氣象參數(shù)帶入上式，得到這兩個(gè)地區(qū)空氣源熱泵熱水機(jī)組逐月COP曲線，如圖2所示?？梢钥闯觯慌_(tái)標(biāo)準(zhǔn)的空氣源熱泵熱水機(jī)組1月份、7月份、10月份，在上海地區(qū)運(yùn)行的COP為2.49、4.26、3.67，而在廣州地區(qū)運(yùn)行的COP為3.15、4.32、3.96，雖然不同機(jī)組之間會(huì)有所差異，但其變化規(guī)律大致相同。

 

  圖2 上海及廣州地區(qū)空氣源熱泵熱水機(jī)組逐月COP曲線Fig.2 Monthly average COP curve of ASHPWH in Shanghaiand Guangzhou為了驗(yàn)證通過(guò)經(jīng)驗(yàn)公式(2)計(jì)算出的能效比變化規(guī)律的通用性，下面以上海地區(qū)為例，用理想條件下計(jì)算出來(lái)的機(jī)組能效比來(lái)對(duì)它進(jìn)行校核。取初始水溫和目標(biāo)水溫的平均值作為標(biāo)準(zhǔn)水溫，假定運(yùn)行過(guò)程中冷凝溫度始終比水溫高7℃，蒸發(fā)溫度始終比室外干球溫度低15℃，按照卡諾循??下COP的計(jì)算公式(3)，得出：

 

  COPideal = / ( - Te ) (3)

 

  COPideal為理想情況下的機(jī)組運(yùn)行能效比， 為與標(biāo)準(zhǔn)水溫相對(duì)應(yīng)的冷凝溫度，Te 為蒸發(fā)溫度。

 

  將上海地區(qū)每月的氣象參數(shù)帶入公式(2)和(3)，分別計(jì)算出上海地區(qū)的機(jī)組第i月份的經(jīng)驗(yàn)?zāi)苄П菴OPi 和第i月份的理想能效比COPideal,i 以及它們的比值 λi ，λi 為：

 

  λi = COPi / COPideal,i (4)

 

  表1為上海地區(qū)，通過(guò)公式(2)、(3)、(4)計(jì)算出的空氣源熱泵熱水機(jī)組的COPi，COPideal,i 以及它們的比值λi?？梢钥闯鰴C(jī)組λi的值基本相同(最大最小值的偏差在10%以?xún)?nèi))，夏季λi值比冬季略高，這是由于經(jīng)驗(yàn)公式中還考慮到了室外相對(duì)濕度對(duì)機(jī)組能效的影響[6]。因此，經(jīng)過(guò)理論驗(yàn)證，經(jīng)驗(yàn)公式(2)計(jì)算出的COP能夠較為準(zhǔn)確地反映出空氣源熱泵熱水機(jī)組在不同????溫度下的實(shí)際運(yùn)行能效比的變化規(guī)律，具有代表性。

 

  根據(jù)文獻(xiàn)[6]，在不同工況下空氣源熱泵熱水

 

  機(jī)組壓縮機(jī)的平均功率擬合公式如下：

 

  P = b1+b2 (Tt -Ta)+b3(Ta-Td)+b4(Ta-Td)2 (5)同理，取初始水溫和終了水溫的平均值作為水溫標(biāo)準(zhǔn)值代入Tt ，并將上海及廣州地區(qū)氣象參數(shù)代入上式，可以求出這兩個(gè)地區(qū)的空氣源熱泵熱水機(jī)組每月壓縮機(jī)平均功耗的相對(duì)值(以名義工況室外干濕球溫度20℃/15℃，水箱補(bǔ)水溫度15℃作為基準(zhǔn)點(diǎn))，如圖3所示?？梢钥闯霾煌????溫度下空氣源熱泵熱水機(jī)組壓縮機(jī)的平均功率夏季比冬季略高，但相差不大。