杜军
浙江创能新能源股份有限公司 浙江 海盐 314300
摘要：现如今，我国的市场经济在快速发展，社会在不断进步，空气源热泵可以通过运用较低的能耗，将空气中低品位热能转化提供给高温热源，而空气作为低温热源取之不尽用之不竭，对环境的影响小，是目前非常受欢迎的节能装置。但是在一些冬季温度过低与夏季温度过高的地区，空气源热泵也存在着启动困难与能耗增加的问题。在本文根据空气调节用制冷技术对空气源热泵系统的工作原理与节能性进行介绍，再对极端温度天气空气源热泵系统工作效率下降问题提出一些解决方案。
关键词：空气源热泵；节能环保；供热系数；双级压缩
引言
清洁供暖是我国大气污染防治工作的重要组成部分，为充分实现供暖技术的清洁性，充分引导各地的供暖方式向低能耗、低排放的方向发展。北方农村既有取暖方式主要以污染高的散煤燃烧为主，在浪费大量化石能源的同时，还造成严重的室内外空气污染，故在北方农村推进清洁取暖对降低取暖能耗节约资源有积极影响。近年来，空气源热泵系统作为可再生能源，是目前建筑节能领域重要的供暖形式，太阳能集热系统可全年使用。如果将二者系统耦合供热，可提高能源利用率，弥补不足。因此，将太阳能耦合空气源热泵系统作为最佳耦合系统的研宄具有十分重要的意义。
1补气增焓空气源热泵系统
补气增焓系统是将冷凝器出口的高压制冷剂液体分为补气回路和主回路两部分，补气回路的制冷剂经过中冷器(或闪发器)成为低温气体进入压缩机。在外界环境温度较低时，与传统单级压缩系统相比，补气增焓系统的制热量和COP更高。在热泵制热领域的应用研究方面，对补气增焓系统的运行特性进行了数值模拟和实验，验证得出:补气能够有效降低压缩机排气温度，提高制热量，在相对补气量最佳时系统制热量可以提高33%，能效提高31%。以Ｒ32作为制冷剂的补气增焓系统的性能，采用补气增焓系统，蒸发温度和冷凝温度均提高了0．8～1℃，且相对补气量在12%～16%时系统整体运行效果最好。补气增焓系统在低温环境下对变频压缩热泵制热性能的影响，与不带补气增焓系统的热泵相比，在－15℃的低温环境下，制冷剂总流量增加了30%～38%，热泵系统的COP和制热能力分别提高了10%和25%。WANGX等通过对比带闪发器和带热交换器的补气增焓系统发现，带热交换器的系统补气压力工作范围更大，与传统热泵系统相比，在环境温度为－17．8℃时，补气增焓系统的制热量提高了30%，COP提高了20%。补气增焓系统可在－25℃的条件下正常运行，适用于北方严寒地区。但补气增焓技术不能从根本上解决压缩机压缩比大、排气温度高的问题，且随着蒸发温度升高，补气增焓系统的优势变得不太明显，研究范围局限在低温供热。
2外界温度对空气源热泵的影响与改进
2.1夏季高温情况下的空气源热泵制冷改进
对于一些例如重庆的火炉城市，夏季是十分炎热的，丘陵地貌使得热量无法散失，有时甚至达到40摄氏度以上，对于这种情况，空气源热泵的制冷效果也会受到影响，制冷工质在冷凝器中与外界高温空气换热，由于温度过高，工质的液化效果不好，释放的热量也相当有限。导致空气源热泵制冷效果不好针对极端高温天气，本文着重讲解过冷液体旁通法，因为该种方法与上文提到的蒸汽喷射增焓法有异曲同工之妙，原理大致相同。喷液旁通法的原理是在压缩机排气压力未达到所需保护的限值时，通过旁通支路将部分制冷剂旁通至气液分离器的前面，然后与蒸发器出口过热制冷剂混合，从而降低吸气温度和排气压力，进而提高空气源热泵的工作性能。
当冷凝器出口压力达到卸荷阀的开启压力时，制冷剂液体被分成主路和旁通流路两支。进而降低了压缩机吸气温度和排气压力。在高温工况下压缩机吸气温度较高，所以制冷工质的比体积较大，制冷剂循环流量较少；当开启喷液旁通后，吸气温度降低，压缩机入口制冷工质的比体积减小，制冷剂循环流量增大。因此，当系统循环流量增大比例大于旁通比例时，系统制冷量增大，否则导致制冷量降低。
2.2新型太阳能—空气双热源耦合系统
在我国北方村镇地区，传统型热泵会出现冻裂无法运转、制冷剂流量降低、供水温度不高等问题，对整个系统造成影响。直膨式系统优势在于较高的集热效率与系统性能，但受太阳能辐射强度影响较大，存在不稳定性的特点;非直膨式的优点在于系统具有更好的经济性和稳定性，然而受天气条件影响较大，不好单一控制，需要改善低温环境下热泵系统的制热性能，精度要求高;光伏太阳能空气源热泵更适合城市地区，初投资大，但这些形式并不适用于北方独立村镇供暖建筑。因此，针对北方大部分的独立住宅供暖建筑及热泵存在的问题，提出一种适用于北方村镇建筑的供暖方式，对热泵的结构进行调整。太阳能集热系统与空气源热泵系统采用双源蒸发器为核心部件进行耦合供热。该系统将太阳能未满足供热要求的热水或循环介质转至空气源热泵中，促进空气源系统运行，通过提高转换温度达到提升换热效率。该系统可循环3种模式，空气源热泵单独供热蓄热模式、太阳能集热系统单独供热蓄热模式、太阳能与空气源热泵耦合模式。双源蒸发器可流通3种介质进行热交换，可使制冷剂同时与内管的太阳能热水和外表面的空气进行换热，热泵同时或单独与空气和液态热源2种热源的热交换，实现能源的T级利用。
结语
近年来，空气源热泵供暖技术迅猛发展，应用区域逐年增加，对空气源热泵供暖运行性能提出了更高的要求。补气增焓和双级压缩系统的应用，可有效改善其供暖运行性能衰减问题;复叠式系统通过扩大温跨范围，使得空气源热泵在较低室外工况下供暖运行效果得以更好地保证，但是成本较高;在系统中增设回热器，可更有效地提高系统循环效率;除霜系统能更有效地解决结霜问题，热力除霜系统操作简单、适用性较好，但除霜时间长;非热力除霜系统除霜效率有大幅优化，但仍在实验研究阶段。随着人们生活水平的提高，人们将越来越注重人居环境，对空气源热泵供暖技术的要求会更高。为提高空气源热泵供暖运行性能，可从系统优化、改进除霜方法、采用新工质等多方面来实现。(1)空气源热泵可通过优化常规热泵系统达到更好的供暖运行效果，如多热源辅助热泵系统、双级压缩与变频技术结合、复叠式技术等。通过深入研究热泵系统理论机理，优化设计空气源热泵系统，开发新型空气源热泵系统等措施，以期使空气源热泵供暖运行时制热功率、COP等得到更大的提升。(2)除霜方法是解决空气源热泵结霜问题的主要手段，通过深入研究结霜机理、提出新的除霜方法、优化除霜控制等措施来改善空气源热泵供暖运行性能。(3)不同的制冷剂工质决定了热泵循环的制热性和节能性，在空气源热泵供暖过程中，通过研究制冷剂工质的热物性、选择合适的工质，研发绿色高效的新型工质，促进空气源热泵供暖技术的发展。
参考文献
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