Theoretical Framework of Performance Consistency Index and Its Application in Operational Diagnostics for Air-Source Heat Pumps

Yang Qiang; Li Hao; Xu Zhaowei; Xu Ce; Wang Zhichao; Zhan Binfei; Gou Xiaoxi; Li Minxia

doi:10.12465/issn.0253-4339.20250422002

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Theoretical Framework of Performance Consistency Index and Its Application in Operational Diagnostics for Air-Source Heat Pumps

更新时间：2026-06-01

- Theoretical Framework of Performance Consistency Index and Its Application in Operational Diagnostics for Air-Source Heat Pumps
- Journal of Refrigeration Vol. 47, Issue 3, Pages: 158-166(2026)
- 作者机构：
  
  1.中国建筑科学研究院有限公司建筑环境与能源研究院北京 100013
  2. 建科环能科技有限公司北京 100013
  3. 天津大学机械工程学院天津 300072
- 作者简介：
- 基金信息：
- DOI：10.12465/issn.0253-4339.20250422002
  CLC： TB61⁺1;TU831.3
- Received：22 April 2025，
  
  Revised：2025-05-19，
  
  Accepted：28 May 2025，
  
  Published：16 June 2026
- 稿件说明：
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杨强,李浩,徐昭炜等.空气源热泵性能一致性指数的理论框架与运行诊断应用[J].制冷学报,2026,47(03):158-166.

Yang Qiang,Li Hao,Xu Zhaowei,et al.Theoretical Framework of Performance Consistency Index and Its Application in Operational Diagnostics for Air-Source Heat Pumps[J].Journal of Refrigeration,2026,47(03):158-166.
杨强,李浩,徐昭炜等.空气源热泵性能一致性指数的理论框架与运行诊断应用[J].制冷学报,2026,47(03):158-166. DOI： 10.12465/issn.0253-4339.20250422002.

Yang Qiang,Li Hao,Xu Zhaowei,et al.Theoretical Framework of Performance Consistency Index and Its Application in Operational Diagnostics for Air-Source Heat Pumps[J].Journal of Refrigeration,2026,47(03):158-166. DOI： 10.12465/issn.0253-4339.20250422002.

摘要

空气源热泵实际运行诊断中，针对单一制热性能系数因工况依赖性难以区分环境效应与机组性能退化的局限性，提出基于热力学第二定律的性能一致性指数的指标。该指标以铭牌标识工况热力学完善度为基准，通过归一化实际工况下的热力学完善度，构建兼具工况鲁棒性与设计对标能力的能效诊断方法。研究表明：性能一致性指数融合了热力学完善度的稳定性与可比性，有效解耦环境参数波动与机组性能退化的耦合影响，其值可独立于运行工况，精准表征机组状态。以性能一致性指数PCI=1为设计基准，量化机组实际性能与设计目标的偏差。基于对4台机组实际运行诊断的验证，性能一致性指数成功识别部分负荷能效衰减与低温性能劣化。性能一致性指数为空气源热泵长效节能监管提供了理论工具，通过设定阈值可精准定位低效机组，支撑“煤改电”设备更新的科学化决策。

Abstract

In the operational diagnosis of air-source heat pumps， the conventional coefficient of performance has limitations in distinguishing environmental effects from equipment performance degradation because of its dependency on the operating conditions. To address this issue， this study proposes a performance consistency index based on the second law of thermodynamics. By normalizing the second law efficiency under actual operating conditions against its value under rated conditions， a diagnostic method is established for energy efficiency based on this index， with operational robustness and design benchmarking capabilities. The study demonstrates that the performance consistency index inherits the stability and comparability of second-law efficiency， effectively decoupling the effects of environmental parameter fluctuations and equipment performance degradation. It is independent of the operating conditions and accurately characterizes the equipment status. With a design benchmark based on performance consistency index PCI = 1， the deviations between the actual performance and design objectives were quantified. Validation through operational diagnosis of four units confirmed that the performance consistency index successfully identified the degradations in partial-load energy efficiency and low-temperature performance. The performance consistency index provides a theoretical tool for the long-term energy efficiency monitoring of air-source heat pumps， enabling the precise identification of inefficient units through threshold settings and supporting scientific decision-making for equipment renewal in "coal-to-electricity" projects.

关键词

Keywords

references

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