能效比

定义

能效比指设备在额定的规定工况下运行时，所获得的有用输出与其有效输入功率之间的比值，结果是一个无量纲数值，通常以 W/W 或 kW/kW 表示^[4]。在房间空调器领域，它被表述为制冷运行时的制冷量与有效输入功率之比，数值大小反映每消耗 1000 W 电功率可以产生多少制冷量^[5]。

按输出形式的不同，空调设备的能效比分为两类：制冷能效比(Energy Efficiency Ratio，EER)对应制冷量与输入功率之比，制热能效比(Coefficient of Performance，COP)对应制热量与输入功率之比^[1]。由于中国大部分地区空调以夏季制冷为主要用途，日常语境中的「空调能效比」多指 EER^[1]。在热泵热水机组等场合，释放到水中的热量与所耗能量之比也直接称为 COP^[6]。

需要区分的是，能量转换效率描述的是同种或异种能量之间的转换，输出不可能超过输入；而制冷设备的能效比衡量的是「成果与成本」之比，因此数值可以大于 1^[7]。行业标准与地方标准在使用这两个术语时并不完全统一，COP 有时指制冷性能系数，有时兼指制热性能系数，EER 有时也被用于表示冷源系统能效系数^[8]。

原理

制冷能效比的计算可表示为 $EER = Q_c / W$，制热能效比可表示为 $COP = Q_h / W$，其中 $Q_c$ 为单位时间内的名义制冷量，$Q_h$ 为名义制热量，$W$ 为同一时间内设备消耗的功率，各项取同一单位^[1]。

能效比超过 1 并不违反能量守恒，因为空调压缩机在制冷循环中承担的是搬运热量的角色，而不是把电能直接转化为冷量^[3]。循环依靠制冷剂在低压下汽化吸热、在高压下液化放热的特性，把热量从低温侧移向高温侧，所消耗的电能只是驱动这一转移过程所做的功^[3]。因此输入 1 份电能可以搬运数份热量，能效比达到 3 左右属于常见水平^[7]。

热力学上的理想极限是逆卡诺循环，实际制冷循环在温度—熵图上的轨迹与逆卡诺循环存在差距，这个差距对应循环中多出的不可逆损失^[3]。循环曲线所围面积越小、距离横轴越远，效率越高^[3]。实际运行中，室内外温差越大，能效比往往越低，这也是高温天气下空调制冷效果相对变差的原因之一^[3]。

flowchart LR

A[压缩机压缩制冷剂] --> B[冷凝器放热至室外]

B --> C[膨胀阀降压]

C --> D[蒸发器吸热自室内]

D --> A

B --> E[输出热量 Qh]

D --> F[吸收热量 Qc]

A --> G[输入电功率 W]

发展历程

中国自 1989 年首次制订空调能效标准，此后陆续出台多部空调能效国家标准^[9]。2004 年 9 月，国家发展改革委与国家质检总局联合颁布空调强制性国家能效标准，将空调按能效比划分为 1 至 5 级；2005 年 3 月 1 日起，能效比低于 2.6 的空调停止生产，市场销售的最后期限为同年 9 月 1 日^[10]。

与标准配套的《能源效率标识管理办法》于 2005 年 3 月 1 日起施行，家用电冰箱和房间空气调节器率先纳入标识管理，产品须张贴统一样式的中国能效标识方可销售^[11]。早期标识以能效比等指标分级，等级 1 最节能，等级 5 为市场准入线，低于该等级的产品不允许生产和销售^[11]。

2019 年 12 月 31 日，GB 21455-2019《房间空气调节器能效限定值及能效等级》发布，并于 2020 年 7 月 1 日实施，全部代替 GB 12021.3-2010 与 GB 21455-2013 两项标准^[12]。新标准把定频空调与转速可控型（变频）空调的能效等级合并，统一改用季节能效指标定级，指标水平明显提高^[13]。标准适用范围为额定制冷量不大于 14000 W、T1 气候类型的分体式房间空气调节器，不适用于移动式空调器、多联式空调机组和风管送风式空调器^[2]。

应用

家用空调是最常见的应用场景，产品说明与能效标识上通常同时给出输入功率、制冷量和能效比三项数据，选购时可据此比较不同型号的耗电水平^[3]。在监管层面，能效限定值构成市场准入门槛，空调等用能产品须达到相应等级才能上市，能效指标由此成为强制性国家标准的核心内容^[2]。

空气源热泵是另一类主要用途，其 COP 常用于表征制热性能，数值越高表示消耗同样的电能可以从环境中搬运更多热量^[14]。热泵热水机组同样以 COP 作为衡量指标，即加热水所得的能量与机组耗能之比^[6]。

在大型制冷设备方面，冷水机组按 GB 19577 系列标准划分能效等级，溴化锂吸收式冷水机组等产品则以 COP 作为节能产品认证的技术要求^[15]。除制冷领域外，能效比式的「成果/成本」思路也被用于压缩机等设备的能源效率评价，例如行业标准《压缩空气站能效分级指南》采用了输功效率概念^[7]。

局限

能效比是在规定工况下测得的单点指标，难以完整反映设备在整个使用季节中的能耗表现。为此，评价体系引入了季节能效比(SEER)、制热季节性能系数(HSPF)、季节性能系数(SPF)等指标，不同指标的边界定义与单位并不一致，比较厂商公布的数据时需要留意^[16]。

即便同为季节指标，不同地区的定义与量纲也有差异，北美 SEER 采用 BTU/Wh，其数值与单纯的能量比值之间存在 3.41214 倍的换算关系，与欧洲 ESEER 指标不能直接比较^[16]。系统边界的选择同样影响结果，例如是否计入循环泵、辅助电加热器的能耗，会使同类指标出现明显差别^[16]。

能效比只描述设备本身的输入与输出关系，不涵盖上游能源生产与输配环节的损耗；若把燃料开采、发电、输电等环节计入，以电为能源的设备与直接使用燃料的设备在整体能源利用上会呈现不同结果^[15]。此外，术语层面 EER 与 COP 在不同标准中的含义尚未完全统一，跨标准引用时需要核对具体定义^[8]。

参见

• 能效标识 —— 标注产品能源效率等级与能耗信息的标签制度，以能效比等指标作为分级依据。

• 季节能效比 —— 在全年或整个制冷季节范围内评价空调能效的指标。

• 性能系数 —— 以 COP 表示的制热或制冷性能指标，与能效比互为关联。

• 热泵 —— 通过搬运热量实现制热或制冷的装置，常以 COP 衡量其性能。

• 逆卡诺循环 —— 制冷循环的理论效率上限，用于衡量实际循环的完善程度。

• 能量转换效率 —— 输出能量与输入能量之比，与能效比在概念上需加以区分。