杜增飞
北京智信和成机电设备有限公司，北京市100000
摘要：近年来，我国对能源的需求不断增加，太阳能的应用也越来越广泛。翅片上涂有太阳能选择吸收涂料的太阳能辅助空气源热泵夏季运行时冷凝温度升高，导致系统性能系数(coefficientofperformance，COP)和制冷性能下降。为解决这一问题，通过采用正压均流太阳能辅助空气源热泵系统以及制冷对照实验的方法，研究了气流组织形式、太阳辐射强度大小对不同压缩机频率下太阳能辅助空气源热泵系统性能的影响。结果表明，通过优化气流组织形式和改变遮阳条件，系统COP提升14.1%，仅比对照机组低3.0%，表明该设备可直接用于居住建筑;此外，不同系统形式均在压缩机频率为50～60Hz时具有最高的系统COP，为系统匹配不同负荷特性建筑提供了依据。
关键词：太阳能辅助空气源热泵;制冷;气流组织;遮阳;压缩机频率
引言
当前，蓝天保卫战进入收官之年，虽然北京地区大气雾霾改善已初见成效，但其他省市大气质量依然比较严峻，特别是江南和我国北方地区冬季采暖期后严重雾霾天还有出现，且空气质量非常严峻。我国正在向低碳时代推进，燃煤采暖首当其冲受到限制，由于可再生能源采暖是根治大气雾霾措施之一，是绿色采暖供热的发展方向。为了巩固蓝天保卫战成果实施煤改气，一时间中国大地燃煤锅炉被天然气锅炉所取代，由于财政补贴，天然气成了各行各业的新宠儿，瞬间天然气出现气荒，并导致北京、石家庄地区频发严重雾霾天气。新出台的煤改电政策，霎时间空气源热泵被推向风口浪尖，华北大地为了蓝天白云以及政府补贴，广泛安装空气源热泵采暖。
1工作原理
在冬季，温度低于-5℃时，空气源热泵的室外换热器中制冷剂的蒸发效果变差，造成吸入压缩机的气体减少，制冷剂的循环流量降低，使得热泵的制热效果不理想。喷气增焓系统是现阶段低温空气源热泵运用较广的一种技术方案，通过在传统热泵空调系统里增加一个经济器回路，以此来提高制冷量和制热量，同时提升整个热泵系统的COP。实际工程中，带有喷气增焓系统的涡旋压缩机，除常规的排气口及吸气口外，还增加了额外的蒸气喷射口。热泵机组工作过程中，制冷剂经冷凝器冷凝后，除主循环路线外还设置有喷射回路，其中的制冷剂经节流阀节流后变为中压气、液混合物，在经济器内与主回路中的制冷剂发生热交换。随后，这部分气液混合物吸热后形成制冷剂蒸气，通过蒸气喷射口喷射到涡旋盘的中间腔，以增加制冷剂流量，从而解决了由于低温下制冷剂循环流量不足而导致的制冷制热量下降的问题，同时还可防止由于压缩机排气温度过高引起的失效模式的发生。
2实验机系统描述
2.1压缩机
正压均流太阳能辅助空气源热泵系统压缩机与对照机组均采用变频全封闭旋转式直流变频压缩机，压缩机电源要求为220V，单相，50Hz;压缩机气缸容积为10.8cm3/rev，压缩机运转范围为12～120r/s，额定输入功率834W。
2.2用户行为模式分析
用户行为模式即用户对热风机的使用习惯，可以更好地反映出热风机在实际使用过程中的应用效果。以下从用户对热风机的出风温度设置和日均开启时间两个方面进行分析。从图4到图6可看出，卧室安装的热风机主要在夜间开启使用较多，日均开启时间以5-8h居多；客厅安装的热风机均在白天开启使用，日均开启时间和卧室相似，以5-8h居多。在出风温度设置方面，卧室和客厅较为相似，大部分用户选择设置为22-26℃，选择默认出风温度的也占不小比例。用户在使用热风机时控制使用模式有较大差别，充分说明热风机使用调节范围大，能够满足不同用户对热舒适性的要求。
通过用户主观感受，热风机最佳控制出风温度为22-26℃，最佳日均开启运行时间为5-8h。调查发现，超过90%的用户表示不知道可根据自己需要来开启或关闭室内机下出风，室内机下出风是针对冬季制热工况而研发的，热风从下而上自然上升，目的是使整个房间温度更均匀。而若在夏季制冷时开启，人体脚踝处会感到不舒适。在对室内机清灰的调查中发现，只有10%的用户清理过，67%的用户不清楚室内机需要清灰，其余为知道需要清灰但未清理过。室内机清灰的目的是避免灰尘在换热器上堆积过多而影响机组性能。定期清灰有利于提高机组性能和节约电费。以上两方面对热风机在实际使用过程中的应用效果会有较大影响，应该提高用户对热风机运行与维护知识的普及。
2.3对照机系统描述
为探究正压均流太阳能辅助空气源热泵夏季性能提升效果，设置对照机组与实验机进行比较，分析实验机夏季性能提升潜力。对照机与实验机具有相同的压缩机、室内换热器且使用相同制冷剂。对照机组与实验机组只有室外侧换热器部分不同。在气流组织上，如图1右侧机组所示，风机在室外侧换热器前方(换热器处于风机负压侧);对照机室外侧换热器正向截面长为800mm，宽830mm，盘管双排设置，翅片宽度为实验机1.5倍，保证与试验机具有相同的换热面积;对照机翅片表面不涂太阳能选择吸收膜。在进行遮阳实验与不同气流组织的实验时实验机可与自身进行对照实验。
2.4减少辅助电加热器的使用
由于空气源热泵的工作特性，工程设计中常常需要增设辅助电加热器来解决低温环境下制热量不足的问题，其往往加在室内水路或室内进风口前，这种方式不仅会增加初投资，还会使房间空调器吹出的热风较为干燥、舒适感差。同时，由于冬季供暖不保证时间持续时间很短，备用热源诸如辅助电加热或者锅炉房的存在对于建筑面积的使用而言十分不合理。而低温空气源热泵能够在-10℃～-30℃的大气环境中长期高效、安全的运行，可以省去后备热源，这样从初投资费用来看具有极大优势。
结语
综上，对现有技术空气源热泵存在结霜和化霜弊病的剖析，结霜始终伴随着现有技术空气能热泵运行，由于结霜并随着霜层越积越厚这一现象，说明现有技术空气源热泵的运行效率是随着运行时间递减的，制热运行越来越低，这一技术明显落后。换句话说，现有技术空气能热泵自从化霜后，开始下一轮运行开始，表冷器表面渐渐地开始结霜，霜层陆续开始增加，其厚度随着运行时间，越积越厚，热阻逐渐增大，空气受阻后，制约了传入表冷器内制冷剂的时间，导致蒸发温度渐渐降低，制冷压缩机能效比变小，制热量下降。这种降低到一定程度后，空气源热泵控制电路便控制四通换向阀开始化霜，最终导致空气源热泵采暖始终是在效率逐渐降低模式下运行的，所以运行费用比较高。其实，空气源热泵的化霜不仅仅只是造成室内忽冷忽热和浪费电能的问题，同时化霜过程对制冷压缩机冲击是非常大的，这对制冷压缩机的使用寿命带来极大的危害，导致制冷压缩机使用寿命的降低。
参考文献
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