空氣源熱泵熱水器在寒冷地區(qū)冬季的能效分析

DOI：10.19912/j.0254-0096.tynxb.2021-0981 文章編號：0254-0096（2023）01-0543-08

摘 要：對一臺家用空氣源熱泵熱水器進(jìn)行冬季性能測試，研究室外空氣溫度、水箱溫度不同時機(jī)組性能變化。基于測試數(shù)據(jù)分析影響機(jī)組性能的敏感因素，依據(jù)所得天津地區(qū)實(shí)測數(shù)據(jù)分析其冬季平均能效。結(jié)果表明：[COP]最低為1.30，具有節(jié)能效果；保證用水舒適度及機(jī)組運(yùn)行穩(wěn)定的情況下，45 ℃為水箱最佳設(shè)定溫度；室外空氣溫度偏移較水箱平均溫度偏移對系統(tǒng)性能更敏感；測試工況下熱泵機(jī)組單獨(dú)工作和啟動電輔加熱時全冬季的平均能效相差甚微，若用戶設(shè)定機(jī)組在日最高溫度時段開啟加熱，能獲得更好的節(jié)能效果。

關(guān)鍵詞：能效分析；空氣源熱泵；熱水器；環(huán)境溫度；寒冷地區(qū)

中圖分類號：TU83" " " " " " " " " " " "文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

0 引 言

近年來，能耗和環(huán)境問題成為全球性挑戰(zhàn)，提高太陽能［1］、地?zé)崮埽?］和空氣能［3］等可再生能源的應(yīng)用尤為重要。空氣源熱泵在高能效、經(jīng)濟(jì)性、安全性和減排方面顯示出良好前景［4］。空氣源熱泵熱水器的主要市場分布在長江以南地區(qū)，現(xiàn)已逐漸向北方地區(qū)擴(kuò)展。但因各種因素制約，空氣源熱泵熱水器在北方寒冷地區(qū)市場占有率仍很低。在中國，對熱泵性能進(jìn)行評價時，多采用性能評價指標(biāo)[COP]（能效比），其定義為：額定工況下熱泵機(jī)組的制熱量與耗電量的比值。相同制熱量條件下，[COP]越高越有利。張麗等［5］利用焓差實(shí)驗(yàn)室研究空氣源熱泵熱水器性能參數(shù)的變化；郝吉波等［6］進(jìn)行了變工況測試分析，但未給出定量的趨勢；王宇等［7］對不同環(huán)境下熱水器能效進(jìn)行測定，評價了不同地區(qū)全年運(yùn)行能效；郭興國等［8］雖然對不同地區(qū)空氣源熱泵熱水器的經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行了分析，但均未針對寒冷地區(qū)冬季工況進(jìn)行實(shí)際測試研究。

本文對空氣源熱泵熱水器在天津地區(qū)冬季進(jìn)行性能測試（天津位于寒冷地區(qū)A、B區(qū)交界處，具有典型寒冷地區(qū)氣候）。通過測試，計算得到不同工況下系統(tǒng)制熱功率、耗功率及[COP，]進(jìn)而分析空氣源熱泵熱水器在天津地區(qū)冬季能效，以期為其在北方寒冷地區(qū)的推廣提供依據(jù)。

1 測試系統(tǒng)

1.1 使用場景設(shè)定

熱水器的運(yùn)行工況十分復(fù)雜，為方便測試與計算分析，本文設(shè)定該熱水器為三口之家在20：00—23：00期間使用。根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)《家用和類似用途熱泵熱水器》GB/T 23137—2020，按照三口之家的用水量，本文選用的100 L蓄熱水箱容量滿足使用要求。

1.2 空氣源熱泵熱水器系統(tǒng)組成

100 L蓄熱水箱，渦旋式壓縮機(jī)，額定輸入功率743 W，額定制熱量2600 W，翅片式蒸發(fā)器，制冷劑為R134a。室外溫度低于設(shè)計溫度（[-7 ℃]）時會自動啟動電輔加熱，電加熱功率為2000 W。

1.3 測試工況

測試時間從2020年11月—次年3月，測試環(huán)境溫度變化范圍為[-17～22 ℃]。為了得到空氣源熱泵熱水器在較低溫度工況下的運(yùn)行數(shù)據(jù)，本文所取測試的最高氣溫為7 ℃。測試期間進(jìn)水溫度波動范圍為[17.1～23.8 ℃]。

1.4 測試方法

按照國家標(biāo)準(zhǔn)《家用和類似用途熱泵熱水器》GB/T 23137規(guī)定的靜態(tài)加熱式熱泵熱水器的測試方法進(jìn)行測試。將初始溫度相同的水加熱到不同的設(shè)定溫度（30、35、40、45、50、55、60 ℃），在此過程中記錄通過數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)獲得的測試過程中的相關(guān)參數(shù)（空氣源熱泵熱水器耗電量、運(yùn)行時間和溫度）。制熱功率、耗功率及[COP]均指整個加熱時間內(nèi)的平均值。

將計算機(jī)與智能電表相連，實(shí)時測得熱水器工作時的功耗（每10 s記錄一組參數(shù)）；將7組熱敏電阻分別編號1～7，依次放置在水箱出口管、蓄熱水箱進(jìn)口管、蓄熱水箱內(nèi)部、室外、室內(nèi)、水桶內(nèi)（測量放水時水桶內(nèi)的水溫）及蓄熱水箱外壁面，各測點(diǎn)通過記錄儀對數(shù)據(jù)進(jìn)行讀取和采集（每60 s讀取一組參數(shù)）；溫濕度自記儀實(shí)時記錄室外環(huán)境的干、濕球溫度（每20 s讀取一組參數(shù)）。試驗(yàn)臺實(shí)測裝置如圖1所示。

2 理論分析

宏觀上可將整個系統(tǒng)分為2個開口系統(tǒng)。圖2為水箱構(gòu)成的系統(tǒng)（記為系統(tǒng)1）和熱泵機(jī)組構(gòu)成的系統(tǒng)（記為系統(tǒng)2）的示意圖。圖2中：[Qk]為冷凝器向水中放出的熱量，kJ；[Gms]為水箱進(jìn)水的質(zhì)量流量，kg/h；[hsj、][hsi]分別為水箱進(jìn)水焓、出水焓；[Qs]為水箱散熱量，kJ；[QO]為蒸發(fā)器吸收的熱量，kJ。

由此建立蒸發(fā)器與室外空氣的數(shù)學(xué)關(guān)系，如式（1）所示。實(shí)際測量計算公式如式（2）～式（5）所示。

制熱量[H：]

制熱功率[Q：]

耗功率[W：]

性能系數(shù)[δCOP：]

式中：[Mcw]——冷凝器水側(cè)的質(zhì)量，kg；[cp]——水的比熱容，為4.186 kJ/（kg·℃）；[Gm]——制冷劑質(zhì)量流量，kg；[tw2、][tw1]——冷凝器水側(cè)的進(jìn)出口溫度，℃；[τ1、][τ2]——加熱初、終時間，h；[E]——消耗電能，kWh；[Q]——制熱功率，kW。

3 測試數(shù)據(jù)分析與評價

在測試時間段內(nèi)，該熱水器在最低溫度[-17 ℃]的室外條件下仍可正常使用，但[-7 ℃]以下設(shè)備會自動啟動電輔加熱（工廠設(shè)定）。為了能評價熱泵機(jī)組的加熱性能，本文將室外干球溫度高于、等于或低于[-7 ℃]時熱水器的運(yùn)行參數(shù)單獨(dú)進(jìn)行分析。空氣濕度也會對冬季空氣源熱泵熱水器的性能產(chǎn)生一定影響。楊慶成等［9］在擬定的實(shí)驗(yàn)環(huán)境（干球溫度10～30 ℃，相對濕度34.9%～86%）下研究室外干、濕球溫度對系統(tǒng)性能的影響。結(jié)果表明：若維持室外干球溫度不變，改變濕球溫度，系統(tǒng)制熱量、耗功率、[COP]等參數(shù)變化不明顯。北方寒冷地區(qū)冬季氣候干燥，最冷月相對濕度均維持在45%～65%［10］。經(jīng)實(shí)測數(shù)據(jù)得到天津地區(qū)冬季每月平均相對濕度如圖3所示，可看出冬季每月平均相對濕度在50%～60%附近波動。本文實(shí)驗(yàn)所處室外干球溫度范圍在5 ℃以下，溫度較低，會有結(jié)霜情況出現(xiàn)。實(shí)驗(yàn)測試設(shè)備具有自動除霜能力，除霜能耗已計入能效評價的數(shù)據(jù)中，因此相對濕度對能效的影響不再單獨(dú)分析。

3.1 室外溫度對系統(tǒng)性能的影響

室外環(huán)境溫度的改變會對空氣源熱泵熱水器的運(yùn)行性能產(chǎn)生重要影響。選取冬季室外溫度[-7～7 ℃]（未啟動電加熱范圍），對相同水箱平均溫度下的性能參數(shù)進(jìn)行分析。圖4～圖6分別為不同室外環(huán)境下系統(tǒng)制熱功率、耗功率、[COP]的變化情況。圖4a為水箱平均溫度為45 ℃時，隨著室外溫度的升高制熱功率的變化情況。制熱功率隨室外溫度的升高而增大，且增大速率為118.61，對應(yīng)的擬合曲線近似為一次函數(shù)[Q1=118.61t1+1714.42]。隨著室外空氣溫度的升高，蒸發(fā)器中制冷劑和空氣傳熱溫差增大。由于制冷劑的過熱度增加，電子膨脹閥自動調(diào)節(jié)，導(dǎo)致壓縮機(jī)做功增加，制冷劑流量增加，因此系統(tǒng)制熱功率呈上升趨勢。圖4b為不同水箱平均溫度下制熱功率隨室外溫度的變化趨勢，圖中顯示的不同水箱平均溫度下擬合曲線平均增速為96.94，與平均增速偏離最大為10.60%，偏離最小為0.04%，可認(rèn)為其變化趨勢近似一致，故可根據(jù)該擬合曲線近似估計該空氣源熱泵熱水器在不同工況下的性能變化趨勢。

圖中機(jī)組的耗功率隨室外溫度的升高而逐漸增大（制熱功率也增大），增速為8.37，對應(yīng)的擬合曲線近似為一次函數(shù)[W1=8.37t1+684.63]。壓縮機(jī)功率的主要影響因素為壓縮比和制冷劑流量，因吸氣壓力隨室外環(huán)境溫度的上升而增大，排氣壓力幾乎保持不變，故壓力比減小。但由于此時制冷劑流量增大，共同作用下使得壓縮機(jī)的耗功量增加。圖5b為對應(yīng)不同水箱平均溫度下耗功率隨室外空氣溫度的變化情況。擬合曲線平均增速為7.96，與平均增速偏離最大為15.08%，偏離最小為1.00%。當(dāng)水箱平均溫度為55 ℃、室外溫度為5 ℃時，機(jī)組的耗功為785.97 W，約為額定功率的1.06倍，低于壓縮機(jī)允許的最大功率。

圖6a為水箱內(nèi)平均溫度為45 ℃時，隨著室外溫度的升高系統(tǒng)[COP]的變化情況，圖6b為不同水箱平均溫度下[COP]隨室外溫度變化的趨勢。經(jīng)上述分析可知，隨著室外環(huán)境溫度的升高，系統(tǒng)制熱功率和耗功率均增加，但運(yùn)行過程中系統(tǒng)制熱功率比壓縮機(jī)平均耗功率變化顯著，故計算得系統(tǒng)[COP]隨室外環(huán)境溫度的升高呈增大趨勢，增速為0.14。水箱平均溫度為55 ℃、室外溫度為[-7 ℃]時，[COP]最低達(dá)到1.30，但仍大于1。設(shè)備運(yùn)行正常，相較于其他熱水器是節(jié)能的。

3.2 水箱平均溫度對系統(tǒng)性能的影響

為得到冬季最適宜的水箱設(shè)定溫度，使效益最大化，保持進(jìn)水溫度及進(jìn)水流量不變，冬季室外溫度選取[-5～5 ℃]，分析水箱平均溫度分別在30、35、40、45、50、55 ℃下熱水器的性能。圖7a為冬季室外空氣平均溫度為0 ℃時，隨著水箱平均溫度的升高空氣源熱泵熱水器制熱功率的變化情況（天津冬季近10 a室外平均溫度為1.60 ℃，0 ℃接近平均溫度且相對偏低，具有代表性）。當(dāng)室外環(huán)境溫度一定時，機(jī)組的制熱功率隨水箱平均溫度的升高而減小，增速為-46.75，對應(yīng)的擬合曲線近似為一次函數(shù)[Q2=-46.75t2+3657.87]。此時制熱功率約為1599.12 W，是額定制熱功率的61.5%。隨著水箱平均溫度的升高，冷凝段溫度不斷升高，此時冷凝器中制冷劑溫度和水箱內(nèi)部水的溫差減小，制熱能力變差，制熱功率減小。圖7b為不同室外空氣溫度下制熱功率隨水箱平均溫度的變化情況，可看出不同室外溫度下擬合曲線平均速率為[-48.55]，與平均斜率偏離最大為20.09%，最小為0.41%。

圖8a為冬季室外空氣平均溫度為0 ℃時，隨著水箱平均溫度的升高空氣源熱泵熱水器耗功率的變化情況。當(dāng)室外環(huán)境溫度一定時，機(jī)組的耗功率隨水箱平均溫度的升高不斷增大，增速為46.75，對應(yīng)的擬合曲線近似為一次函數(shù)[W2=5.01t2+448.39]。主要原因在于壓縮機(jī)的耗功率與其吸氣、排氣壓力有關(guān)。當(dāng)機(jī)組工作時，壓縮機(jī)的吸排氣壓力均隨加熱時間增加，但吸氣口壓力增加速度較慢導(dǎo)致壓力比增加，因此壓縮機(jī)的耗功率增加。圖8b為不同室外空氣溫度下耗功率隨水箱平均溫度的變化情況，圖中擬合曲線平均斜率為5.16，與平均斜率偏離最大為10.47%，偏離最小為0.78%。由以上結(jié)果可得，在寒冷地區(qū)冬季室外平均溫度為0 ℃、水箱平均溫度為45 ℃時，系統(tǒng)耗功率為693.78 W，低于額定功率；當(dāng)水箱平均溫度為55 ℃時，系統(tǒng)的耗功率為743.38 W，超過系統(tǒng)的額定功率。

圖9a為隨著水箱平均溫度的升高空氣源熱泵熱水器[COP]的變化情況。環(huán)境溫度為0 ℃時，系統(tǒng)平均[COP]隨加熱時間的增加不斷減小，減小速率為[-0.09]。水箱內(nèi)水平均溫度升高，冷凝溫度升高，故冷凝溫度與制冷劑的溫差、制冷劑流量、系統(tǒng)制熱量均減小。而此時輸入功率增加，故系統(tǒng)平均[COP]減小。冬季室外溫度為0 ℃、水箱內(nèi)溫度為55 ℃時，[COP]最低達(dá)到1.46，性能較差；水箱平均溫度為45 ℃時，[COP]達(dá)到2.08，提高了42.4%。

根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)《建筑給水排水設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》GB 50015—2019，家用沐浴器的用水標(biāo)準(zhǔn)為40 ℃。對于儲水式加熱器，在加熱完成后到使用間存在熱量損失，為保證用水舒適度，最適宜水箱出水溫度設(shè)定為45 ℃。

3.3 系統(tǒng)性能對影響因素的敏感性分析

敏感性分析來源于自動控制和經(jīng)濟(jì)學(xué)領(lǐng)域，經(jīng)分析得到不確定因素的數(shù)值變化對評價指標(biāo)的影響力大小。在分析中找到影響力大的因素進(jìn)行調(diào)修以獲得較好的結(jié)果［11］。空氣源熱泵熱水器的主要影響因素為室外空氣溫度、水箱平均溫度。本文對系統(tǒng)制熱功率、耗功率及[COP]對室外空氣溫度和水箱平均溫度的敏感性進(jìn)行分析，設(shè)影響因素的變化幅度為±5 ℃。

圖10a為系統(tǒng)制熱功率隨偏移溫度的變化情況。室外溫度為0 ℃，以水箱平均溫度45 ℃為基準(zhǔn)，當(dāng)水箱平均溫度偏移時曲線斜率為[-43.41]；水箱平均溫度維持45 ℃，取室外溫度0 ℃為基準(zhǔn)，當(dāng)室外溫度偏移時曲線斜率為113.74。故得系統(tǒng)制熱功率對室外空氣溫度更敏感。與制熱功率工況設(shè)置相同。圖10b為系統(tǒng)[COP]隨偏移溫度的變化情況，當(dāng)水箱平均溫度偏移時曲線斜率為[-0.09]；當(dāng)室外溫度偏移時曲線斜率為0.14。圖10c為系統(tǒng)耗功率隨偏移溫度的變化情況，當(dāng)水箱平均溫度偏移時曲線斜率為6.13；當(dāng)室外溫度偏移時曲線斜率為8.45。由以上分析可知室外空氣溫度偏移比水箱平均溫度偏移對系統(tǒng)制熱功率、[COP]及耗功率的影響更大，即更敏感。

3.4 冬季平均能效分析

根據(jù)3.1、3.2節(jié)測試結(jié)果可得，室外空氣溫度及水箱內(nèi)平均水溫是影響空氣源熱泵熱水器能效的主要因素。由3.3節(jié)結(jié)果可知，系統(tǒng)性能對室外空氣溫度更敏感。故機(jī)組工作時室外空氣溫度的改變將對機(jī)組冬季平均能效產(chǎn)生較顯著的影響。由以上測試分析得到，室外溫度在[-7～5 ℃]區(qū)間內(nèi)熱泵機(jī)組能可靠運(yùn)行，室外溫度低于[-7 ℃]時工廠設(shè)定啟動電輔加熱。為了更直觀地比較壓縮機(jī)單獨(dú)工作與直接電輔加熱參與工作的情況下機(jī)組整個冬季工作時間段的的平均運(yùn)行能效，現(xiàn)將2種情況運(yùn)行時間換算為以天為單位，按照式（6）進(jìn)行計算。

式中：[Q1]——熱泵機(jī)組單獨(dú)運(yùn)行時每天的總制熱量，kWh；[Q2]——直接電輔加熱所得到的熱量，kWh；[DHP]——熱泵機(jī)組單獨(dú)工作的時間，d；[DE]——僅靠電加熱器單獨(dú)工作的時間，d；[W1]——熱泵機(jī)組單獨(dú)運(yùn)行時每天消耗的電量，kWh；[W2]——電加熱器工作時每天消耗的電量，kWh，當(dāng)熱泵機(jī)組單獨(dú)工作時[Q1]=0、[W2]=0。

按照本文設(shè)定的使用場景，熱泵機(jī)組每日的使用時間在20：00—23：00，圖11為機(jī)組在工作時間段制熱量和耗電量的變化情況。在室外溫度最低（[-17 ℃]）時，該熱水機(jī)組最長工作周期為2.5 h。為保證熱水能完全加熱至最初的設(shè)定溫度，選取20：00—02：00對應(yīng)的室外溫度對以下情況進(jìn)行分析，具體計算結(jié)果見表1。

3.4.1 僅熱泵系統(tǒng)工作情況下的能效

經(jīng)實(shí)測統(tǒng)計，工作時段室外空氣溫度大于等于[-7 ℃]的小時數(shù)為845 h，占整個冬季工作時段小時數(shù)的93.89%。在該溫度條件下僅熱泵系統(tǒng)單獨(dú)工作，此時系統(tǒng)的平均能效為2.56，具有較好的工作性能。

3.4.2 電輔加熱與熱泵共同工作情況下的能效

當(dāng)室外溫度低于[-7 ℃]時，電輔助熱泵機(jī)組加熱，此時系統(tǒng)的平均能效為2.44，空氣源熱泵熱水器運(yùn)行穩(wěn)定且能效較高。相比于熱泵機(jī)組單獨(dú)加熱，電輔加熱時機(jī)組能效僅降低4.68%。主要原因在于實(shí)驗(yàn)工況下熱泵機(jī)組室外溫度低于[-7 ℃]的時長短，僅55 h，占整個冬季工作時段時間的6.11%。

3.4.3 冬季日最高溫度時熱泵工作情況下的能效

以上為熱泵按使用場景規(guī)定的時間段內(nèi)工作時的機(jī)組能效情況。經(jīng)實(shí)測統(tǒng)計，室外溫度低于[-7 ℃]的情況大多分布在每日凌晨，每日14：00—17：00日氣溫達(dá)到最高（如圖12所示）。若用戶控制空氣源熱泵熱水器的加熱時間，使其每日氣溫最高時間段啟動加熱則可能進(jìn)一步發(fā)揮空氣源熱泵熱水器的節(jié)能優(yōu)勢。

以每日14：00—17：00為日最高氣溫時間段，共604 h，此段時間內(nèi)統(tǒng)計得到機(jī)組能效情況如表2所示。在該段時間內(nèi)，電輔加熱的時長僅為16 h，而熱泵機(jī)組單獨(dú)工作的時長為588 h，占該段時間總時長的97.35%，且有140 h為10 ℃以上。此時熱泵單獨(dú)工作能效達(dá)到3.19，比正常工作時段內(nèi)熱泵單獨(dú)工作時的能效提升25%。即使啟動電輔加熱，其平均能效仍達(dá)到3.09，比僅熱泵工作時僅降低3.13%，機(jī)組能效得到很大提升。

4 結(jié) 論

基于對空氣源熱泵熱水器在天津地區(qū)冬季的性能測試，分析了空氣源熱泵熱水器在北方寒冷地區(qū)冬季的適用性。測試與分析表明，空氣源熱泵熱水器在北方寒冷地區(qū)仍有較高的應(yīng)用價值和節(jié)能效果。

1）水箱平均溫度一定，隨著室外溫度的升高，系統(tǒng)制熱功率、[COP]增大，耗功率略有增大，整個冬季設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定。

2）當(dāng)保持室外環(huán)境溫度不變，機(jī)組的耗功率隨水箱溫度的升高呈線性增加，系統(tǒng)制熱功率及[COP]則不斷減小。在冬季室外平均溫度下，水箱平均溫度設(shè)定為45 ℃時壓縮機(jī)功率遠(yuǎn)小于額定功率，[COP]比水箱平均溫度設(shè)定為55 ℃時也有所提升。為保證用水舒適度同時考慮系統(tǒng)性能，建議用戶使用時將水箱溫度設(shè)定為45 ℃。

3）分析系統(tǒng)制熱功率、[COP]及耗功率對室外空氣溫度及水箱平均溫度的敏感性得到室外空氣溫度偏移比水箱平均溫度偏移對系統(tǒng)制熱功率、[COP]及耗功率的影響更大，即更敏感。

4）在設(shè)定的使用場景時間段內(nèi)，熱泵單獨(dú)工作與電輔加熱和熱泵共同工作時空氣源熱泵熱水器平均能效相差甚微，若將空氣源熱泵熱水器每日工作時間設(shè)置在日最高溫度時段，其能效可獲得更大提升，是十分可行的節(jié)能方式。建議用戶自主設(shè)定空氣源熱泵熱水器加熱時間，進(jìn)一步發(fā)揮空氣源熱泵熱水器的節(jié)能優(yōu)勢。

［參考文獻(xiàn)］

［1］ CHAO H， WANG F H， LI S T， et al. A performance comparison of serial and parallel solar-assisted heat pump heating systems in Xi’an， China［J］. Energy science amp; engineering， 2019， 7（4）： 1379-1393.

［2］ CHOI Y J， RYO Z O， YU J N. Impact of long-term operation" "of" "ground-source" heat" "pump" on" "subsurface thermal" state" "in" urban" "areas［J］." Sustainable" cities" amp; society， 2018， 38： 429-439.

［3］ NALDI C， MORINI G L， ZANCHINI E. A method for the choice of the optimal balance-point temperature of air-to-water" "heat" pumps" for" heating［J］." Sustainable" cities" amp; society， 2014， 12： 85-91.

［4］ ZHENG X J， SHI R， YOU S J， et al. Experimental study of defrosting control method based on image processing technology for air source heat pumps［J］. Sustainable cities amp; society， 2019， 51： 101667.

［5］ 張麗， 李征濤， 余鵬， 等. 空氣源熱泵熱水器的性能分析［J］. 能源工程， 2018（1）： 77-80.

ZHANG L， LI Z T， YU P， et al. Performance analysis of air source heat pump water heater［J］. Energy engineering， 2018（1）： 77-80.

［6］ 郝吉波， 王志華， 姜宇光， 等. 空氣源熱泵熱水器系統(tǒng)性能分析［J］. 制冷與空調(diào)， 2013， 13（1）： 59-62， 58.

HAO J B， WANG Z H， JIANG Y G， etal. Analysis of system performance of air source heat pump water heater［J］. Refrigeration and air-conditioning， 2013， 13（1）： 59-62， 58.

［7］ 王宇， 由世俊， 孫穎楷， 等. 空氣源熱泵熱水器性能測試及運(yùn)行評價研究［J］. 流體機(jī)械， 2017， 45（10）： 77-82.

WANG Y， YOU S J， SUN Y K， et al. Performance test investigation and operational evaluation of air source heat pump water heater［J］. Fluid machinery， 2017， 45（10）： 77-82.

［8］ 郭興國， 敖宇強(qiáng)， 劉向偉. 夏熱冬冷和夏熱冬暖地區(qū)家用空氣能熱水器的經(jīng)濟(jì)性分析［J］. 流體機(jī)械， 2019， 47（7）： 80-84， 71.

GUO X G， AO Y Q， LIU X W. The economic analysis of" air energy water heater for household purpose in" hot summer and cold winter and hot summer and warm winter areas［J］. Fluid machinery， 2019， 47（7）： 80-84， 71.

［9］ 楊慶成， 施永康， 招就權(quán)， 等. 室外工況對空氣源熱泵熱水器性能的影響［J］. 制冷與空調(diào)， 2020， 20（10）： 67-72.

YANG Q C， SHI Y K， ZHAO J Q， et al. Impact of ambient conditions on" performance of air source heat pump water heater［J］. Refrigeration and air-conditioning， 2020， 20（10）： 67-72.

［10］ 王偉， 倪龍， 馬最良. 空氣源熱泵技術(shù)與應(yīng)用［M］. 北京： 中國建筑工業(yè)出版社， 2017： 21-23.

WANG W， NI L， MA Z L. Air source heat pump technology and application［M］. Beijing： China Construction Industry Press， 2017： 21-23.

［11］ 張輝， 韓嘯霖， 弓南， 等. 高層住宅被動式節(jié)能設(shè)計因素敏感性分析［J］. 建筑節(jié)能， 2021， 49（3）： 13-18.

ZHANG H， HAN X L， GONG N， et al. Sensitivity analysis of passive energy-saving design factors of high-rise residential" "buildings［J］." "Journal" "of" "building" "energy efficiency， 2021， 49（3）： 13-18.

ENERGY EFFICYENCY ANALYSYS OF AIR ENERGY WATER

HEATER IN COLD AREA IN WINTER

Zhang Zhigang1，Liu Ying1，Yao Wanxiang2，3

（1. School of Energy and Safety Engineering， Tianjin Chengjian University， Tianjin 300384， China；

2. State Key Laboratory of Clean Energy Utilization， Zhejiang University， Hangzhou 310027， China；

3. Tianjin Key Laboratory of Civil Structure Protection and Reinforcement Tianjin Chengjian University， Tianjin 300384， China）

Abstract：The performance of a small household air source heat pump water heater was tested in winter， and the performance changes of the unit were studied when the outdoor air temperature and water tank temperature were different. Based on the test data， the sensitive factors affecting the unit performance are analyzed，and the average energy efficiency in winter is analyzed according to the measured data in Tianjin. The results show that the lowest COP is 1.30， which has energy-saving effect， under the condition of ensuring water comfort and stable operation of the unit， 45 ℃ is the best set temperature of the water tank. The outdoor air temperature offset is more sensitive to the system performance than the average temperature offset of the water tank. Under the test conditions，there is little difference in the average energy efficiency of the whole winter when the heat pump unit works alone and starts the electric auxiliary heating.If the user sets the unit to start heating at the highest temperature of the day，better energy-saving effect can be obtained.

Keywords：efficiency analysis； air source heat pump； water heater； ambient temperature； cold area