當(dāng)空氣源熱泵供熱運行時，隨著室外溫度的降低，建筑物的熱負(fù)荷逐漸增大，與機(jī)組的供熱性恰好相反。

在設(shè)計中，若按照冬季空調(diào)室外計算溫度選擇熱泵機(jī)組時，勢必導(dǎo)致熱泵機(jī)組過多或者過大，使系統(tǒng)初投資過高，同時，在運行中，熱泵機(jī)組又無法在滿負(fù)荷中運行，導(dǎo)致熱泵的能效比下降。使系統(tǒng)運行費用提高。

為避免這樣的問題，在設(shè)計時，通常選擇一個優(yōu)化的室外溫度，并按照此溫度選擇熱泵機(jī)組，如上圖所示，圖中機(jī)組所提供的實際供熱量曲線Q_F = F₃(T） 與建筑物熱負(fù)荷曲線 Q₁ = f ₁ （T）的交點O稱為空氣源熱泵的平衡點。此時，機(jī)組所提供的熱量與建筑物所需熱負(fù)荷恰好相等，該點所對應(yīng)的室外溫度稱為平衡點溫度。

此時，機(jī)組所提供的熱量與建筑物所需熱負(fù)荷恰好相等，該點所對應(yīng)的室外溫度稱為平衡點溫度。

設(shè)計中，應(yīng)在平衡點溫度工況下，選擇熱泵機(jī)組的大小。由圖可見，當(dāng)室外溫度高于平衡點溫度時，熱泵機(jī)組供熱有余，需要對機(jī)組進(jìn)行容量調(diào)節(jié)，使機(jī)組所提供的熱量盡可能接近建筑物的熱負(fù)荷，有利于節(jié)能。當(dāng)室外溫度低于平衡點時，熱泵供熱量又不足，不足部分則由輔助熱源提供。

輔助熱源可以是電鍋爐、燃油鍋爐、燃?xì)忮仩t等。

平衡點選擇過低，則選擇的輔助熱源較小，這樣熱泵機(jī)組相對要大，會導(dǎo)致系統(tǒng)投資大幅度提高。且安裝費、電力增容費，和運行費用較高；而且機(jī)組長期在部分負(fù)荷下運行，使用效率不高，既不經(jīng)濟(jì)，也不節(jié)能。平衡點選擇過高，則所需輔助熱源過大。不能充分的發(fā)揮熱泵的節(jié)能效益。亦不利于節(jié)能。因此，合理確定平衡點對于選擇熱泵機(jī)組容量的大小，其運行的經(jīng)濟(jì)效益、節(jié)能效果都有很大的影響。

而平衡點不但與熱泵機(jī)組本身的機(jī)械特性、熱工特性有關(guān)。而且也與建筑物的維護(hù)結(jié)構(gòu)特性、符合特性有關(guān)。

同時，還與當(dāng)?shù)氐臍夂驐l件等有關(guān)系。因此，在實際設(shè)計中，合理選擇機(jī)組的平衡點是及其困難的事情，由于空氣源熱泵機(jī)組在供熱時有上述特點，因此，評價空氣源熱泵用于某一地區(qū)在整個采暖季節(jié)運行的熱力經(jīng)濟(jì)性時，常采用供熱季節(jié)性能系數(shù)（HSPF）作為評價指標(biāo)。

空氣源熱泵機(jī)組供熱最佳平衡點的確定

根據(jù)分析我們得知，選擇不同的平衡點溫度，就會有不同的輔助加熱量和不同的熱泵容量?？諝庠礋岜闷胶恻c溫度的選擇完全是一個技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較問題。

早在20世界80年代，原哈爾濱建筑工程學(xué)院徐邦裕教授就對空氣/空氣熱泵在我國應(yīng)用的平衡點溫度展開了理論與實踐研究。

根據(jù)氣候條件，將我國劃分為7個不同供熱季節(jié)性能系數(shù)的采暖區(qū)域，并首次給出了7個區(qū)域的不同平衡點溫度。但應(yīng)該注意，當(dāng)時空氣/空氣熱泵的性能不如現(xiàn)在的設(shè)備，使其供熱季節(jié)性能系數(shù)偏小。

20世紀(jì)90年代末，我國對應(yīng)用的供熱最佳平衡點作了研究與分析，現(xiàn)在將平衡點溫度的確定原則與方法介紹如下：

（1）最佳能量平衡點

通常情況下，為了熱泵系統(tǒng)控制簡便，空氣源熱泵系統(tǒng)的輔助熱源通常選用電鍋爐。在此情況下，所謂最佳能量平衡點，即在該平衡點溫度下所選取的空氣源熱泵機(jī)組的供熱季節(jié)性能系數(shù)最大。供熱季節(jié)性能系數(shù)的定義如下：

HSPF = 供熱季節(jié)的總供熱量/供熱季的總耗功量

           = 供暖房間總熱負(fù)荷/(熱泵總耗功量＋輔助加熱總耗能＋曲軸箱加熱總耗能)

供暖系統(tǒng)的功耗除式所列三項外，還有自控部分的功耗，如今的空氣源熱泵機(jī)組大部分為微電腦控制，自控部分耗能較少，也不連續(xù)。因此本節(jié)對此項未做考慮。于是：

式中 SQa-------整個供暖季節(jié)的輔助加熱耗電量（kW· h);

SQe一一整個供暖季節(jié)加熱總耗電（kW· h); 

SW一一整個供暖季節(jié)的總耗功量（kW· h); 

SQ，一一供暖房間季節(jié)熱負(fù)荷（kW· h);

Qa (Ti）一－第1個溫度區(qū)間的輔助加熱量（kW);

W(Ti）一－第j個溫度區(qū)間空氣源熱泵消耗的功（kW);

Q1 (Ti）一－第1個溫度區(qū)間的房間熱負(fù)荷（kW);

j ------ 第j 個溫度區(qū)間，j = 1,2,3，...m

nj ----- 第 j 個溫度區(qū)間的小時數(shù)；

m ----- 以 1°c為區(qū)間，劃分供暖季溫度區(qū)間數(shù)。

由以上分析可以看出，針對某一地區(qū)，當(dāng)BIN參數(shù)，房間圍護(hù)結(jié)構(gòu)特性，室內(nèi)設(shè)計參數(shù)、室外空調(diào)設(shè)計溫度、結(jié)霜除霜損失系數(shù)、熱泵機(jī)組的特性等確定后，空氣源熱泵機(jī)組的耗功量、輔助加熱量、曲軸箱加熱量等只與平衡點有關(guān)。因此我們可以說，供熱季節(jié)性能系數(shù)是平衡點的函數(shù)，記作：

HSPF = f （T_B）

對于上式求最大值，HSPF取最大值時所對應(yīng)的T_b，即為最佳能量平衡點。

（2）最小能耗平衡點

如果空氣源熱泵機(jī)組的輔助熱源為燃煤鍋爐、燃?xì)忮仩t或者燃油鍋爐，上面所定義的最佳能量平衡點就不太合適了。

為此，我們從一次能源利用角度來考慮，看整個系統(tǒng)如何運行，才能達(dá)到最高一次能源利用率。為此，我們提出了最小能耗平衡點，即尋求在整個運行季節(jié)的一次能源利用率最高的溫度，作為熱泵機(jī)組和輔助熱源的開停轉(zhuǎn)換點。因此，我們可以提出新的模式，室外溫度高于該溫度，運行熱泵機(jī)組，低于該溫度，關(guān)閉熱泵機(jī)組，輔助熱源（電鍋爐除外）全部投入運行。最小能耗平衡點溫度可用下列條件來約束，即能夠使熱泵運行時間內(nèi)的供熱能源利用系數(shù)和輔助鍋爐中最高的能源利用系數(shù)（效率）相等：

E_熱泵 = E _鍋爐

其中：  

E_{熱泵 = COP yj  *  η  1  *   η 2}

COP _{yj =  ΣQ（T j） *  N j} 

                Σw（T_j ）* Nj

E_熱泵 一一熱泵的一次能源利用系數(shù)；

E_鍋爐 一一鍋爐的一次能源利用系數(shù)；

COP _yj 一一熱泵運行時所對應(yīng)的季節(jié)性能系數(shù);

η ₁一一火力發(fā)電廠效率；

η ₂一一輸配電效率。

這樣，就可以保證了熱泵在較高的效率下運行，使整個供熱季節(jié)獲得較高的一次能源利用率，從而減少了一次能源的消耗。

（3）最佳經(jīng)濟(jì)平衡點

最佳能量平衡點和最小能耗平衡點是從能量的角度分析的。

通過前面的分析可以看出，熱泵空調(diào)系統(tǒng)平衡點的選取直接影響著系統(tǒng)的初投資費用和運行費用。良好的平衡點不但意味著整個系統(tǒng)可以減少初投資，降低運行費用，而且可以使整個系統(tǒng)保持良好的運行狀態(tài)，提供更為舒適的空間環(huán)境。另一方面，在市場經(jīng)濟(jì)的今天，許多業(yè)主所關(guān)心的并不是是否節(jié)能，而是能否省錢，即讓初投資和運行費用較低。為此，這里又提出最佳經(jīng)濟(jì)平衡點的概念，即如果按此平衡點來選擇機(jī)組和輔助熱源，能夠使整個供熱系統(tǒng)（熱泵+輔助熱源）的初投資和運行費用最少。

研究表明：

影響最佳經(jīng)濟(jì)平衡點的因素是很多的，如氣候性、負(fù)荷特性、能源價格結(jié)構(gòu)、主機(jī)設(shè)備價格等。

其中，氣候熱性、能源價格是影響最佳經(jīng)濟(jì)平衡點的重要因素，在確定最佳經(jīng)濟(jì)平衡點時應(yīng)給與足夠的重視。