1、1空气源热泵技术研究现状摘要：随着经济和技术的发展，空气源热泵机组越来越多地被应用于空调工程中，空气源热泵使用方便，能量利用率高，且可充分利用大气环境中的低温能源，对使用地区基本不产生污染，是一种节能、环保的绿色空调技术。 关键词：寒冷地区；空气源热泵 Absttac：With the growth of economy and technology，the air-source heat pump (ASHP) was more and more frequently used in air conditioning engineering. The air-source heat pump
2、 (ASHP) is a convenience and higher energy efficiency rating air conditioner，it can make the best of low-temperature energy sources of the atmosphere circumstance，and has less pollution to the region. The air-source heat pump (ASHP) has energy conservation and environment protection effects； it is a
3、 kind of green air conditioning technique. Keywords：The cold and severe cold regions；the air-source heat pump 中图分类号：Q938.1+4 文献标识码：A 文章编号： 1 前言 2伴随着能源危机警钟的敲响和节能环保呼声的日益高涨，可再生能源已经成为下一步能源战略的重点。建筑能耗占我国总能耗的 40%以上，建筑节能首当其冲成为国家节能减排的重点.空气为热源的空气源热泵(ASHP)以节能、环保的优势正越来越受到人们的青睐，其中可同时利用多种可再生能源的多热源热泵更是成为关注和研究的热点。
4、2 寒冷地区空气源热泵发展的问题 在中国，由于气候差异悬殊，因此，将其所在位置大致划分成几个气候区域：严寒、寒冷、夏热冬冷、炎热(热带)，依靠湿度的变化标准来判断它是否是沿海或大陆性气候。为了将运行温度范围扩展到一个更低的室温，商业空气-空气热泵的技术发展已经分散地进行钻研，并且依然在进行。 理论和实践表明，如果空气源热泵系统不作任何改进应用到华北、西北甚至东北等地区，设备将无法在冬季正常工作。主要表现在：(1)系统的制热量随着室外温度的下降而迅速下降，而需热量却随室外温度的下降而迅速上升，当外界温度很低时，系统的制热量将小到无法满足这些地区的冬季采暖需求；与此同时，随着室外环境温度的降低，机
5、组 COP急剧下降，压缩机压缩比率会越来越大，导致排气温度不断升高，长期运行必然会严重损坏压缩机。(2)从空气源热泵机组实际运行效果看，热泵系统除霜的准确性还不尽人意，主要表现为现有的除霜判据不能适应北方这种大范围的运行状况，热泵系统误除霜现象严重，除霜时间过长，往往会导致室内温度波动过大，用户有明显的吹冷风的感觉；机组在低温工况启动困难，机组在启动阶段或者在除霜结束恢复制热时，经常容3易发生烧机现象。 总之，空调新风机组和热泵机组独立运行中所产生的种种问题，单纯依靠空调机组热回收、采取防冻措施和热泵机组除霜防霜、提高 COP值等在北方寒冷地区，特别是在严寒地区都很难取得良好的技术经济效果。
6、3 国内外在该方向的研究现状及分析 在寒冷地区下由于室外气温降低给空气源热泵系统应用带来众多问题： (l)由于室外气温的降低，蒸发温度降低蒸发压力随之降低导致压缩机吸气比容增大，机组吸气量迅速下降导致热泵制热量减少。 (2)蒸发压力降低导致压缩机压缩比增大，压缩机的排气温度迅速升高影响系统润滑性能及机组性能，甚至烧毁压缩机。 (3)压缩机压缩比的增大导致系统的性能系数(COP)急剧下降 (4)以低温工况为设计工况的热泵系统随着室外环境温度的升高系统性能下降。 鉴于以上空气源热泵在寒冷地区的应用问题，国内外许多学者和企业进行了诸多研究，提出了种种解决空气源热泵低温适用性的方法。 (l)部件改进
7、张昌等1提出了使用变频压缩机，并在压缩机上设置喷液孔的方法，在低温环境下运行时，向压缩机工作腔内喷液，降低压缩机排气温度，使系统在低温环境下能够正常运行。热负荷在低温环境下增大，此时增大压缩机频率，提高系统制热量，但该方案只是解决了空气源热泵的低4温工况运行可行性问题，而不能保证低温工况下的经济性；汪厚泰2提出室外换热器风机采用变速风机的方法，当环境温度较低时，风机高速运转，提高空气流速，增大蒸发器换热量，从而增加制热量，但风机高速运转时噪声较大，且系统制热量增加有限。 (2)系统改进 准双级系统 马国远、彦启森等3对准双级压缩热泵系统进行了深入的研究，马国远等提出了一种带喷射器的准双级压缩系
8、统并对系统进行了模拟和实验研究，研究结果表明当喷射系数为 0.1 时热泵性能最好，喷射器可有效提高系统制热量、降低压缩机输入功率，扩大空气源热泵的应用领域。双级压缩系统 Bertsch 等4对一种应用于美国北部工质为 R410A 的双级压缩空气源热泵系统进行研究，系统在制热水模式下当室外环境温度低至-30时，制热水温度仍可高达 50，热力学完善度可达 45%，系统制热 COP 为2.1，压缩机的压缩比和排气温度都在正常范围内；wang 等5对采用R410A 的双级压缩空气源热泵系统进行了研究，研究结果表明在夏季室外温度为 46.1工况下，制冷量和系统制冷 COP 分别比普通空气源热泵高14%和
9、 4%；在冬季室外环境温度为-17.8工况下，制热量和系统制热COP 分别比普通热泵系统提高了 40%和 20%；王树刚等6对制冷剂为 R22的双级压缩两级节流的空气源热泵系统进行了理论和实验研究，得出-20为单双级最佳转换温度，对样机的性能测试结果表明：系统在-205环境温度下，冷凝温度 50时，制热量为 4.65kw，制热性能系数为2.01，压缩机排气温度低于 100，具有很好的低温适应性，同时对双级压缩空气源热泵系统的工质充注量和节流机构也进行了深入的研究；石文星、金苏敏等7也对双级压缩空气源热泵开展了深入的研究。双级压缩系统是一种针对寒冷地区空气源热泵有效的改进措施，但双级压缩系统系统
10、复杂，由此带来成本较高、控制复杂及回油困难等问题。 双级祸合系统 马最良、陈光明等8提出了双级祸合热泵系统，该系统中第一级空气源热泵从室外大气中吸取热量，然后作为第二级热泵的低位热源，第二级热泵吸取热量再向末端用户供热。此类系统在低温环境下可有效减小压缩机的压缩比，增强低温环境下的加热能力，扩大热泵的应用区域，但双级祸合热泵系统在寒冷地区下仍应用受限。 (3)工质改进 众多学者对低温工况热泵工质展开研究。加拿大的 sami 和 Tulej4提出在低温环境下使用非共沸工质。但制冷工质的改变要求压缩机，润滑油等作相应变化，这种方法还只是停留在研究阶段没有实际应用。 李晓燕9提出使用 R417A 非
11、共沸工质并进行实验研究，实验结果表明在冷凝温度为 50，蒸发温度为-5工况时，R417A 系统的压缩机排气温度比 R22 系统低 12.3%，压机消耗功率比 R22 低 10.58%。但这种制冷剂只在环境温度不很低时系统性能有所改善，但并不适用于大工况变化范围。 Muk amalzs5提出使用 CO2 工质，并研制了一台供热功率 4kw 的6CO2 热泵系统，系统采用变频电动机的双级滚动活塞压缩机，系统年均供热 COP 为 2.71。但由于 CO2 进行超临界循环，循环压力大，需要对压缩机进行重新设计，且对机械加工精度要求较高，因此 CO2 做为空调制冷工质仍处在试验阶段。 4 结论 我国作为
12、一个能源消费大国，能源消费压力和由此而产生的环境问题变得日益突出。空气源热泵作为一项节能措施，不仅能节约能耗，还能减少环境污染，从而缓解我国目前所面临的巨大环境压力。目前国内空气源热泵机组所用的制冷剂多是过渡型制冷剂(如 R22)，虽然对臭氧层的破坏很小，但随着技术的进步和空气源热泵的进一步推广应用也将逐步被新型制冷剂所替代。 参考文献 1张昌.热泵技术与应用M.北京：机械工业出版社，2008. 2汪厚泰.低温环境下热泵技术问题探讨J.暖通空调，1998，28(6)：34-37 3马国远，彦启森，江亿.一种适用于寒冷地区的热泵空调机组.中国，01109633.0P.2002，10，16. 4B
13、ertseh S S，Groll E A.Tw-stage air-source heat pump forresidential heating and eooling applieations in northem U.S. climates J. Intemational Journal of Refrigeration，2008，31(7)：1282-1292. 5Wang X D，Yunho H，Reinhard R.Two-stage heat pump system 7with vaPo-injected seroll eompressor using R410A as a refrigerantJ.International Journal of Refrigeration，2009，32(6)：1442-1451. 6金旭.双级压缩空气源热泵采暖系统实验研究D.大连：大连理工大学，2009. 7田长青，石文星，王森.用于寒冷地区双级压缩变频空气源热泵的研究J.太阳能学报，2004， 25(3)：388 一 393. 8俞银平，马最良.双级藕合式热泵供热系统在寒冷地区应用的可行性分析J.高寒采暖，2002，4(2)：39-42. 9李晓燕，闰泽生.R417 在热泵热水系统中替代 R22 的实验研究J.制冷学报，2003，23(4)：l-4.
