河南科技大学 河南洛阳 471023
摘要：低温空气源热泵具有双重功能，即冬季制热与夏季制冷，但其在具体应用上，却受到了室外低温的影响与限制，为了解决或改善其在低温环境下制热性能弱的不足，许多学者对此展开了深入研究，本文就低温空气源热泵的应用现状及发展作一探讨。
关键词：空气源热泵；低温；现状；发展
当前，节能、环保问题越发受到关注，既往所采取的基于燃煤的供暖模式，所具有的负面性越发凸显，且难以满足国家所提出的社会可持续发展需要。而对于空气源热泵而言，其凭借自身的独特优势，在各种热泵型式当中，已经成为应用最为宽泛的一种。但需要指出的是，其在具体应用上，却容易受到外部气候条件的束缚。伴随室外气温的持续降低，以及室内采暖热负荷的持续增加，传统形式的空气源热泵所存在的不足变得越发凸显。本文从多方面指出了当前低温空气源热泵的现状及发展趋势，现剖析如下。
1.单级低温热泵系统分析
1.1单级低温热泵系统
如果在特定工况下（即室外温度、冷凝温度分别为-30、60℃），选用专门为低温制冷而进行设计的压缩机的单级热泵系统，仍能够保持正常运行转台。针对此种压缩机而言，工质多选的是R404、R507，即便是大压缩比，同样能够维持稳定运行状态，不仅由于过热而出现停机情况。此外，在设计压缩机时，通常是专门为低蒸发压力工况来设计，当室外气温比较高时，其性能会随之降低。伴随室外温度的不断升高，系统在具体制热量上，会随之而增加，但需要指出的是，室内采暖热负荷却呈现出随之而减小的态势，这必然会缩短热泵系统的总体运行时间，致使系统运行效率出现大幅降低的情况发生。对于单级低温热泵系统来考量，能够将蓄热系统、综合变频技术以及并联压缩机等以一种较好的方式融为一体，从而发挥出较好的运作效果，但此种方式却会使单级系统在具体投资上大幅增加。
1.2基于带油冷却的单级压缩热泵系统
在进行压缩时，借助大量的油（从排气管路中分离出）来实现制冷剂温度的降低，实为一种能够将排气温度有效降低的不错方法。通常情况下，冷却过程会在冷凝器中发生，经过换热处理之后的油，重新回至压缩机的油路进口处。排气温度较低时，能够减小压缩机的输入功能，并且系统一般情况下会在吸气压力较低时运作。但需强调的是，油的温度较之蒸发温度高，所以会使系统过热度大幅增加，进而造成压缩机运行功能的大幅增加，并且还会导致系统COP的明显降低。因此，若能够合理、科学设计系统，且在安装费用不增加的前提下，能够促进系统运行效率的提升，且在较低温度下保持稳定运行状态。
2.二级压缩热泵系统
2.1带中间冷却器的二级压缩热泵系统
针对此种系统而言，主要应用工况即为蒸发温与冷凝温度之间有较大的温差，且当有着比较高的室外气温时，能够单用1个压缩机，以此实现制热量的减少。需说明的是，借助两级压缩间多制冷剂的不断冷却，第二级压缩之后的排气温度会有显著下降，而这便大幅提高了空气源热泵在具体运行过程中的温度适应性，如此一来，冷却器会保持较高的温度，并且低压级压缩机所使用的制冷剂，难以达到饱和状态（被冷却），致使系统运行难以实效或者达到最佳COP。
2.2带经济器的二级压缩热泵系统
针对带经济器的二级压缩热泵系统而言，在其高压机压缩机的吸气部位，高温气态制冷剂（由低压级压缩机所排出）与两相制冷剂（适量）混合在一起；如此一来，便能够较好的解决压缩机有着过高排气温度的问题，与此同时，因需要在经济器当中进行换热，致使制冷剂（从冷凝器中排出）在置入膨胀阀前存在过冷的情况，因而会使系统COP大幅提高。但需强调的是，此种系统在实际运作中，需要将进入高压级压缩机制冷剂状态控制好。与其它低温热泵系统相比较，带经济器的二级压缩热泵系统运行效率更高，但却有着比较高的安装费用，尤其是在空调用及逆运行除霜上，局限性明显。
2.3带经济器的准二级压缩热泵系统
早在上个世纪80年代，一些学者便探讨了带经济器的准二级压缩热泵系统，而且还将其成功应用在螺杆机组当中。有研究指出，如果在温度为-30℃的工况下，此系统能够较好的将双级压缩系统给予替换；但针对螺杆机组而言，通常会有比较大的容量，并且其与双级压缩系统相比较，最突出的优点即为伴随蒸发温度的持续升高而无显著变化。另外，早在2000年，便有学者提出了带辅助进气口的涡旋压缩机达成带经济器的准二级压缩空气源热泵，主要用于低温空旷下气源热泵制热性能的提升。需要指出的是，经济器系统主要有两部分组成，其一为过冷器系统，其二是闪发器系统。此系统有着比较简单的结构，并且不需要对常规系统进行大规模的改造。当所处环境温度比较低时，仍能够保持稳定的运行状态，并且在具体的制热量上，可以较好的满足冬季采暖热负荷。借助截止阀（启闭补气回路）来两种模式之间的转换，即单级压缩模式与准二级压缩模式，兼顾系统在多种工况下的经济性（如正常制热、制冷及低温制热等）。
3.双级耦合热泵系统分析
对于此种系统来讲，其通过中间水环路，将一、二级侧循环耦合在一起。此系统能够依据室外气温的高低，自主选择单、双级运行，因而能够使其较好的对室内负荷波动予以适应。当处于双极工况情况下，一级侧循环无论是在具体的运行条件上，还是在供暖特性上，都能够得到大幅改善，并且中间水环路没有发生各种技术难题，如回灌等。所以，双级耦合热泵系统同样是一种能够应用于寒冷地区的供暖系统。当前，随着相关技术的日渐成熟，相关解决方案日渐增多，如辅助加热器系统、变频技术、复叠式蒸汽压缩系统等，这些技术也能够将所遇问题有效解决或改善。
4.结语
综上，本文围绕空气源热泵低温适应性方面所存在的问题，罗列了一些比较常用的解决方案，并且还对其优缺点进行了深入分析与对比。因在一个低温空气源当中能够将多种解决方案综合在一起，通过分析低温空气源热泵的性能与结构，采取切实可行的处理方案，对低温空气源热泵的完善与未来发展有利。
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