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热泵系统的尺寸

May 4, 2020

摘要

正确确定热泵的选型对于实现高效、可靠且低碳的供暖至关重要。热泵容量过大可能会导致频繁启停，从而加剧设备磨损、增加噪音风险并提高能耗；而容量过小则可能在寒冷时期过度依赖备用电供暖。

为了正确确定热泵系统的容量，设计人员需要计算建筑物的设计供暖负荷，考虑供暖分布温度、生活热水需求、气候条件，并采用可靠且经过独立验证的产品性能数据。随着欧洲在修订后的《氟化气体框架》下加速推进建筑脱碳、收紧能效要求并转向使用全球变暖潜能值（GWP）较低的制冷剂，准确确定热泵系统的容量变得愈发重要。

为什么热泵的容量确定如此重要？

与化石燃料系统相比，使用热泵供热所带来的经济和环境效益，只有在系统经过精心规划、正确确定容量、正确安装并妥善运行的情况下，才能真正显现。特别是，热泵系统的容量确定代表着一项关键的设计挑战。与传统的燃油或燃气锅炉相比，错误可能产生更大的影响，因为热泵的能效与运行温度、运行时间、气候条件和系统设计密切相关。

什么是总供暖需求和供暖负荷？

设计不当或匹配错误的供热分配系统会降低热泵的效率并缩短其使用寿命。一旦系统安装完毕，错误就很难纠正。因此，在确定热泵功率时，必须准确测算建筑物的年供暖需求和设计供暖负荷。计算必须依据各国最新有效的标准和国家规范进行。

供暖需求与供暖负荷并非同一概念。供暖需求指在一定时间内所需的能量，通常以每年千瓦时（kWh）为单位表示。供暖负荷指供暖系统在设计室外条件下必须提供的热输出或功率，通常以千瓦（kW）为单位表示。对于热泵的选型而言，设计供暖负荷是关键参数。

如何计算供暖需求？

每平方米居住空间的单位供暖需求取决于建筑的结构。实际数值取决于隔热水平、气密性、热桥、通风、建筑几何形状、室内设计温度以及当地气候。

注意：以下数值仅供参考，不能替代针对具体项目的供暖负荷计算。

建筑类型	参考单位供暖需求
被动式房屋	0.015 kW/m²
保温性能极佳的新建建筑	0.04 kW/m²
保温性能标准的新建建筑	0.06 kW/m²
经过翻新的旧建筑或保温性能有限的新建建筑	0.08 kW/m²
无保温层的旧建筑	0.12 kW/m²

计算建筑供暖需求的公式为：

居住面积 [m²] × 单位供暖需求 [kW/m²] = 建筑供暖需求参考值 [kW]

这种简化计算可用于初步估算，但不应作为选择热泵的最终依据。建议根据适用的国家规范进行逐间房间的详细计算，特别是针对翻新项目、低温供热设备、混合系统以及保温水平不一的建筑。

如何计算供暖负荷？

建筑物的供暖负荷应根据适用的标准或国家规范进行计算，且不得与总供暖需求相混淆。供暖负荷指供暖系统为在相应的设计室外温度下维持所需室内温度而必须提供的功率。

年供暖需求 = 单位时间内的能耗
供暖负荷 = 设计条件下的所需供暖功率

确定供暖负荷时，需考虑气候状况，并以各区域的标准室外温度形式纳入计算。

例如，在德国许多内陆或高海拔地区，设计室外温度可能远低于零度。而在气候较温和的沿海地区，设计室外温度通常不那么严酷。计算中还需纳入建筑材料、U值、热桥、通风热损失、气密性以及建筑几何形状等因素。

很多时候，人们会省略供暖负荷和年供暖需求的计算，并选择更大规格的热泵以留出安全裕度。结果，热泵的容量往往远超实际需求。这会对能效、舒适度以及压缩机的使用寿命产生负面影响。特别是在春秋两季的过渡期，过大容量的热泵会导致频繁启停，短暂的运行时间可能加剧设备磨损并降低系统效率。如果热泵功率过低，在寒冷天气下，辅助加热器可能需要承担更大的负荷份额，从而增加用电量和运行成本。

正确的热泵选型还应考虑以下因素：

热辐射器的类型及所需流体温度，例如散热器、地暖、风机盘管或空气源系统
安装前或安装后计划进行的建筑围护结构改进
生活热水的制备和储存要求
双燃料或混合运行模式，包括备用加热接管时的温度
热泵在部分负荷及不同室外温度下的性能
声功率级和位置限制
制冷剂类型及未来法规要求，包括根据《欧盟法规》（EU）2024/573向低全球变暖潜能值（GWP）制冷剂过渡的要求。

认证如何提供准确的性能数据？

即使建筑的预期年需求量——更重要的是所需的精确供暖负荷——已由能源顾问、设计工程师或安装人员确定，不准确的制造商信息仍可能构成问题。认证有助于排除这一误差来源，使热泵能够发挥最大的经济和生态效益。

例如，Eurovent热泵认证性能（Eurovent-HP）和热泵NF 414针对供暖能力小于或等于100 kW的住宅及轻型商用热泵，具有相同的产品范围和认证特性。认证特性可包括制热和/或制冷能力、电功率输入、COP、设计容量、SCOP、SCOPnet、季节性能效、年能耗及声功率级。

Eurovent认证还提供其他与热泵相关的认证计划，包括Eurovent冷水机组和热泵认证性能（LCP-HP）、热泵KEYMARK、热泵MCS以及混合型热泵NF 462。根据产品类型和目标市场，这些认证计划可提供经过独立验证且具有可比性的性能数据，以满足技术规范、设计、法规合规及激励计划的需求。

实验室测试由第三方在严格定义且完全一致的条件下进行，并采用公认的欧洲和国际标准。工厂检查、产品监督和数据验证流程的设计旨在满足专业能力、公正性和独立性的要求。

对于设计师、安装商、技术规范制定者和终端用户而言，认证数据可降低因依赖缺乏依据的制造商声明而带来的风险。它有助于准确进行容量选型、能耗建模、产品比较、招标技术规范制定、噪音评估以及长期性能预期。这对于那些将热泵作为脱碳战略核心的项目，以及可靠数据对避免系统性能不足至关重要的项目而言，尤为重要。