空气源热泵采暖是一种以创造室内舒适环境为目的，利用电能驱动将室外环境空气中的热量转移至室内空间的采暖技术。随着北方地区冬季清洁取暖工作的迅速推进，作为空气源热泵采暖技术的典型代表，空气源热泵热风机（简称：热泵热风机）由于其在技术成熟度、经济性、节能减排、实际使用效果等方面的良好表现，在实际工程中已得到大量应用。特别是，从2018年开始我国第一部产品行业标准发布实施以后，热泵热风机在农村地区已有数百万台应用，对替代传统散煤采暖，实现冬季清洁取暖，促进北方地区大气污染有效防治做出了重要贡献。然而，在标准的实施过程中，从用户应用需求的角度出发，也发现了一些尚需关注的问题，因此，本文将总结热泵热风机标准化的发展现状和存在的问题，进而提出改进与发展方向。空气源热泵热风机标准化发展现状
1.1 热泵热风机产品标准
作为我国首部以制热为主、可兼顾制冷的热风型空气源热泵取暖设备行业标准JB/T 13573—2018《低环境温度空气源热泵热风机》突破传统空气—空气热泵标准以制冷为主的限制，考虑到北方冬季气候条件下设备必须能可靠运行并满足用户取暖需求，将设备工作环境温度下限由传统空气—空气热泵标准的-7℃拓宽至-25℃，使热泵热风机制热适用范围拓展到华北寒冷地区。
同时，该标准破解了传统空气—空气热泵室内机高挂壁送风，制热时热空气主要集中在房间中上部、直吹人体、“头热脚凉”、垂直方向温差大等舒适性问题，首次提出了热泵热风机制热均匀性与稳定性技术要求，并确定了其具体技术指标及试验方法，同时为方便设备设计和安装使用，标准给出了适合居住建筑取暖的送风方式优选建议和安装方法。
此外，为满足用户冬季取暖的实际需求，在综合考虑国内行业技术积累和产品的节能效益，在规定名义制热（-12℃工况）、低温制热（-20℃工况）和制热季节性能系数的限定值的基础上，还考虑了北方农村电网实际并降低产品对用户外电源容量的需求，给出了低温制热量相对于名义制热量的最小限值，为推广高效节能产品奠定了基础。该标准的研制，规范了该类型产品的性能要求、试验方法和技术评价依据，促进了热泵热风机取暖技术的发展和规模化应用，填补了热风型空气源热泵取暖设备产品标准的空白，对北方地区高效清洁取暖工作以及空气源热泵产业健康、有序发展起到了重要的推进作用。目前该标准已成为热泵热风机产品市场准入的基础标准。
1.2 热泵热风机智能化运行标准
在北方地区冬季清洁取暖工作中，各类电采暖设备的大量应用导致多地冬季用电负荷屡创新高。以北京电网为例，2021年1月6日，日最大用电负荷达到了2 451万千瓦，超过了2018年夏季2 356万千瓦的历史最大纪录，其中，电采暖的负荷占比高达48.2%，这无疑给电网的安全、平稳、高效运行带来了巨大挑战。与其他电采暖技术不同，利用建筑围护结构热惰性大及其自然蓄放热特性潜力和热泵热风机的灵活调节能力及其高效制热性能，可以实现利用热泵热风机取暖所新增的灵活性用电负荷对现有电网负荷进行实时削峰填谷的全新智能化应用模式。
基于此模式，笔者所在课题组提出了实现该模式的热泵热风机智能化运行技术支持系统，即利用计算机控制、网络通信和传感等技术，将分散的热泵热风机设备有机地整合到一起，实现对热泵热风机设备的信息采集与分析，同时还可以通过与电网进行信息交换，实现与电网双向互动，对热泵热风机进行远程调控与管理等应用的系统。该系统通过集中监管平台，规模化激活并释放取暖热负荷的灵活性，通过优化组织分散在各地的海量热泵热风机根据可再生电力发电状况和电网实时负载情况运行，就可以保证居住建筑在满足室内舒适性要求的前提下最大限度地发挥热泵热风机的优势，有效地对现有电网负荷进行主动式削峰填谷同时消纳可再生电力。
该项工作的开展具有显著的社会效益、环境效益和经济效益，对于推进我国乃至世界空气源热泵行业的健康发展和技术进步具有重要意义。目前，上述内容已经形成了《空气源热泵热风机智能化运行技术支持系统技术条件》和《空气源热泵热风机智能化运行技术支持系统 工程技术规程》两项团体标准，两项标准预计将于年内发布实施，为可再生能源电力的高效利用和建筑低碳供热提供重要的技术规范。
1.3 其他相关标准
热泵热风机产品行业标准JB/T 13573—2018《低环境温度空气源热泵热风机》中规定了名义制热、低温制热和整个制热季节的性能系数的限值要求，其能效管理已纳入2019年发布的国家标准GB 21455—2019《房间空气调节器能效限定值及能效等级》，该标准依据产品名义制热量进行分段和能效分级。该能效标准的实施，将对热泵热风机的技术发展和高效节能产品的推广应用都将起到积极的推动作用。
为方便设备设计和安装使用，在热泵热风机产品行业标准JB/T 13573—2018《低环境温度空气源热泵热风机》中，给出了适合居住建筑取暖的送风方式优选建议和安装方法。在此基础上，2020年发布的能源行业标准NB/T 10417—2020《低环境温度空气源热泵热风机安装验收规范》进一步对热泵热风机的安装位置，安装操作，试运行和验收检查等进行了细化，为热泵热风机的规范安装和验收提供了标准支持。
1.4 发展现状小结
热泵热风机是在国际上与我国北方（采暖地区）同纬度、具有类似气候的美国、日本及欧洲各国家和地区没有同类（或类似）产品和参考标准的背景下，我国科研人员针对北方农村地区“部分时间、部分空间”的间歇采暖特征，以优化制热性能和热舒适性为重点，满足其采暖实际需求而提出的概念并逐步标准化的。这些工作不仅为促进相关产品的研发、生产和技术进步，推动北方地区冬季清洁取暖进程，实现节能减排，以及推动空气源热泵产业健康、有序发展发挥了重要作用，同时还通过相关产品在蒙古国乌兰巴托的采暖示范，为国际社会冬季清洁取暖提供了中国方案。然而，从用户应用需求的角度出发，目前热泵热风机在其标准实施过程中还发现了一些问题。如：热泵热风机适用范围是否只局限在华北寒冷地区？潮湿地区重霜区间连续运行的除霜性能如何考核？在间歇采暖的预热阶段是否可以加大送风量同时放宽噪声的限值？这些都将是未来急需解决的问题。; 空气源热泵热风机标准化发展方向
2.1 开展适宜性区划研究
作为低位热源，室外空气虽然取之不尽，用之不竭，处处都有，可无偿获取，但受不同自然地理环境和气候条件的影响，热泵热风机的应用具有很强的区域适应性。作为热泵热风机现行的唯一一项产品标准JB/T 13573—2018《低环境温度空气源热泵热风机》的适用区域，目前还仅仅局限在GB 50178—93《建筑气候区划标准》所定义的建筑气候第Ⅱ分区（含2个子区，ⅡA和ⅡB，均属于GB 50176—2016《民用建筑热工设计规范》所定义建筑热工设计分区中的寒冷地区），而对于其他有采暖需求的区域，目前虽无相关的热泵热风机采暖适宜性研究成果或产品标准，但可在空气源热泵室外名义工况分区基础上，完善热泵热风机采暖适宜性区划研究，帮助各地根据当地的气候特点和实际采暖需求，进行热泵热风机采暖技术经济分析以避免投资的浪费，以及为充分考虑和利用各个分区气候资源，为热泵热风机的技术优化和标准化发展提供科学依据。
2.1.1 适宜性区划范围
由于热泵热风机控制灵活，既可以用于连续采暖也能实现间歇采暖，因此其适宜性区划范围不应局限于传统集中供暖的地区，而应包括所有具有实际采暖需求的区域。
根据GB 50736—2012《民用建筑供暖通风与空气调节设计规范》的规定：“累年日平均温度稳定低于或等于5℃的日数超过60 d，或者不足60 d但累年日平均温度稳定低于或等于8℃的日数大于或等于75 d的地区宜设置供暖设施”。然而，这些地区主要是建筑气候区划中的第Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅵ、Ⅶ等5个分区，也即是建筑热工设计分区中的严寒地区、寒冷地区和夏热冬冷地区。
除此以外，笔者调研发现，像建筑气候区划中的第Ⅴ分区（属于建筑热工设计分区中的温和地区）的贵阳、毕节等地，冬季日照较少、阴冷潮湿，当地居民普遍采用电暖桌、小太阳、电油汀等直热式电暖器和传统小煤炉进行采暖。这些地区虽然不满足GB 50736—2012《民用建筑供暖通风与空气调节设计规范》标准设置供暖设施的要求，但居民自发进行采暖，因此笔者认为这属于有实际采暖需求的区域。以上所有区域有一个共同的特点，即均属于GB 50176—2016《民用建筑热工设计规范》中所规定必须满足或应满足保温设计要求的区域。热泵热风机的适宜性区划范围应至少包括这些区域。
2.1.2 区划指标
在空气源热泵设备制热方面，目前国际上主要用室外空气干球温度或者供热负荷时长来区分不同地区的环境类型。比如，在欧盟标准EN 14825：2016中，将法国斯特拉斯堡、芬兰赫尔辛基和希腊雅典采暖季室外空气干球温度的温频数据分别作为平均温区、寒冷区和温暖区的划分依据；而在美国空调供热制冷协会标准AHRI Standard 210/240—2017中，则依据热负荷小时数和室外空气干球温度将全美划分为6个气候区。
而我国幅员辽阔，各地自然地理环境和气候条件差异悬殊，仅仅使用室外空气干球温度或者供热负荷时长作为区划指标并不能满足实际应用需求。比如青藏高原地区，在以室外空气干球温度为主要一级指标、以采暖度日数为主要二级指标的建筑热工设计区划中，属于严寒地区和寒冷地区。然而，青藏高原空气密度较低，加大了以空气对流为主要换热方式的热泵热风机热源侧（室外蒸发器）的换热难度；同样由于高海拔空气稀薄的原因，导致电子设备和元件的绝缘强度降低，因而这一地区与东北、华北的严寒和寒冷地区不同，需要重点考查高海拔低气压下热泵热风机的换热性能和设备的绝缘强度以及对电压波动的适应性等，并结合其他指标进行适宜性区划。又比如在夏热冬冷部分地区，冬季寒冷潮湿，热泵热风机热源侧（室外蒸发器）会长时间处于易结露、结霜环境下运行，因而在这一地区需要重点考查其在易结霜条件下的运行性能。
因此，结合热泵热风机适宜性区划研究目的，笔者认为相关区划指标可以分为采暖安全与可靠性和采暖综合效益两大类。其中，采暖安全与可靠性指标主要涉及热泵热风机不同温度运行性能、低温启动性能、高湿重霜环境运行性能、气候防护类型、防静电性能和介电强度等；采暖综合效益指标主要涉及制热季节性能系数（HSPF）等能效指标、细颗粒物（PM2.5）减排量等环保指标和投资回收期等经济性指标。而这些指标如何综合利用并设定合理限值将是未来的一个研究重点。
2.2 优化除霜性能考核
结霜、除霜是空气源热泵制热设备冬季运行必然要面临的一个实际问题。传统空气—空气热泵设备在四通阀换向除霜模式时，室内换热器管温最低达-25℃，提取大量室内热量，降低了室内热舒适性。此外，传统除霜模式由于防冷风控制，导致因除霜而停止供热的时间进一步延长可达到15min，进一步降低了室内热舒适性。因此，有必要对设备冬季除霜性能的考核进行重新审视。
表1列出了现行空气—空气热泵设备产品标准对除霜性能的考查要求。其中，考查项A、C、D 3项主要是为了确保设备在除霜工况条件下的制热能力或避免过度除霜、减少除霜能耗，而考查项B则主要是为了保障除霜工况下室内热舒适性。众所周知，设备除霜是为了更好的制热，然而在所有考查项中并没有对一个结霜、除霜循环中设备的制热量和能效进行直接地定量考查。
表1 现行空气—空气热泵设备产品标准对除霜的性能考查要求
站在用户实际采暖需求的角度考虑，笔者认为未来对除霜性能的考查应从以下几方面进行调整：
1）应根据热负荷线确定除霜工况点的制热量下限要求，并进一步确定工况点能效限值。
2）为确保室内热舒适度不受除霜的太大影响，可对考查项A和B进行合并，在规定除霜时室内侧的送风温度或室内机盘管最低温度的基础上，进一步规定一个除霜循环内（因除霜原因）室内侧停止送风时长占除霜循环总时长的比例上限。
3）为了鼓励企业研发应用除霜时同步制热等舒适性更好的新除霜技术，应取消现有标准中与除霜循环中制热能力、能效和舒适性不直接相关的考查项，如考查项C和D等。
此外，对于冬季寒冷潮湿的长江流域地区，一部分地方室外空气会长时间（数天甚至更长）处于易结霜区间（如气温在-6℃至6℃之间，相对湿度超过80%），由此对该地区的热泵热风机来说，除霜性能就显得更为重要。因此，也有必要对应用于这些地区的热泵热风机提出更高、更贴近实际的除霜性能要求，比如：a.除霜工况不只是对单一工况点而是对多个工况点（如室外侧空气干/湿球温度采用2/1℃和-5/-6℃两个工况点）；b.在工况条件中增加风速要求（如风速0.5 m/s），以反映设备的实际使用状态；c.延长除霜性能考查时长，连续考查多个结/除霜周期的平均制热性能和室内舒适性等。
2.3 优化室内机组噪声考核
热泵热风机的运行噪声将影响室内声环境的舒适性。过大的噪声会对人的身心产生伤害，尤其在夜间睡眠阶段，因此，在所有的空气—空气热泵设备产品标准中，都按照设备长时间、不间断的使用模式，对设备在运转时的噪声给出了上限要求。其中室内机作为在设备使用过程中和人们接触最多的部分，对其噪声的限值则更为严格。热泵热风机室内机组的噪声主要来源于电机、风机和制冷剂流动。其中风机旋转时产生的气动噪声是最为主要的来源。因此，由于噪声限制，室内机组送风量也被限制在了一定的范围内，实际上这也间接限制了设备的最大制热量和制热性能系数。
笔者所在课题组在采暖季连续测试中发现，绝大部分热泵热风机是以间歇采暖的模式运行。在间歇采暖开始时段，因为需要将房间快速预热，居民们往往自主选择使用高风挡和/或较高设定温度，而在达到居民们的预期热环境后，他们会主动调低风挡和/或设定温度。在随后的现场跟踪调研中发现，他们并未对高风挡的噪声感到不可接受，如果感到因为热泵热风机风挡高噪声大影响他们正常生活或休息，他们会主动调低风挡，若因此而导致室温下降他们会采用调高设定温度的方式来弥补。
因此，从用户的实际采暖使用和需求角度来看，在启动制热后的预热阶段，热泵热风机面临的主要矛盾是快速制热问题，因此，有必要研究加大送风量对降低送风温度、提高机组性能系数、提升气流组织分布均匀性进而加快房间预热之间的关系，研究提出在预热阶段室内机组单位制热量循环风量的最小限值，同时合理弱化预热阶段的大送风量（名义风量）噪声考核要求。而当预热结束后，热泵热风机会以一个较小的制热量来长时间维持房间热环境，在这个阶段噪声可能逐渐上升为主要矛盾，因而应该研究提出在稳定运行状态（如在部分负荷和中挡风量）下的噪声限值考核要求，此外，还可统筹考虑同步实施室内机组送风量、送风温度考核。
2.4 其他尚需研究的问题
在开展上述工作过程中，还有一些问题需要同步进行研究。比如，在完成热泵热风机适宜性区划后，势必需要在已有名义工况条件研究成果基础上，进一步研究各个分区的名义制热性能系数限定值以及制热季节性能系数的试验工况条件和限定值。又如，在优化室内机组噪声考核过程中，室内机组单位制热量、循环风量等参数的变化势必影响实际房间温升速度，因而应宜同步考虑研究设备预热时段制热速度性能指标要求和考核方式等。而在热泵热风机智能化运行方面，除了在年内即将发布实施的两项标准外，还应继续深入研究以保证供暖需求为前提的不同采暖时期用户采暖需求、电网削峰填谷需求和可再生能源电力消纳需求的最佳匹配策略和高效智能调控算法，并在此基础上研究编制智能化运行技术支持系统标准化运行、维护规范。综上所述，我国在空气源热泵热风机标准化方面已经取得了一定的成就，相关工作促进了相关产品在北方农村地区的规模化应用，大大推动了北方地区冬季清洁取暖进程。但是，由于标准化总体发展时间较短，还有如产品适宜性区划等很多方面需要继续加以研究完善，进而全面提高热泵热风机标准化水平，促进我国空气源热泵事业的持续、健康、有序发展。