空氣源熱泵采暖技術(shù)在寒冷地區(qū)的應(yīng)用研究

馬麗娜

摘 要：很多寒冷的地區(qū)都會(huì)應(yīng)用空氣源熱泵采暖技術(shù)來進(jìn)行采暖，這種技術(shù)在應(yīng)用的過程中不僅可以保護(hù)環(huán)境，同時(shí)能提高建筑供暖系統(tǒng)的節(jié)能性能。在很多寒冷地區(qū)都會(huì)采用復(fù)疊循環(huán)和雙極壓縮來降低壓比，或者用電來對(duì)壓縮機(jī)和加熱氣液中間的吸氣管路進(jìn)行加熱，這樣其的蒸發(fā)壓力和蒸發(fā)溫度才能得到提高。本文就空氣源熱泵采暖技術(shù)在寒冷地區(qū)的應(yīng)用進(jìn)行研究，希望能夠在一定程度上提高人們的生活質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：空氣源熱泵；采暖技術(shù)；雙級(jí)壓縮循環(huán)；復(fù)疊循環(huán)；寒冷地區(qū)

如果在進(jìn)行建筑施工的過程中采用的是空氣源熱泵采暖技術(shù)的話，那么建筑采暖的耗能才能得到降低。空氣源熱泵采暖技術(shù)可以將低溫位的熱能傳送到為高溫位，能夠有效的對(duì)余熱資源進(jìn)行利用，這樣自然資源的利用效率才能得到提升；寒冷地區(qū)在進(jìn)行采暖的過程中輸入的能源才能得到減少；人們冬季采暖的需求才能得到滿足。空氣源熱泵采暖技術(shù)不僅有減少溫室效應(yīng)的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)其還有著安裝和使用方便、能源利用率高、環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)，因此我們必須要不斷推廣空氣源熱泵采暖技術(shù)。

1 適用于寒冷地區(qū)的空氣源熱泵采暖技術(shù)應(yīng)用研究現(xiàn)狀

在我國(guó)很多寒冷地區(qū)在進(jìn)行冬季制熱的時(shí)候，經(jīng)常會(huì)應(yīng)用到空氣源熱泵采暖技術(shù)。隨著冬季的到來很多寒冷地區(qū)的是溫度都會(huì)出現(xiàn)降低的現(xiàn)象，這時(shí)候空氣源熱泵制冷劑的吸氣比容就會(huì)得到擴(kuò)大，空氣源熱泵在進(jìn)行運(yùn)行的過程中，其的吸氣量會(huì)隨著室外環(huán)境溫度的降低而降低，在這個(gè)過程中空氣源熱泵的制熱量就會(huì)隨之開始上升。

隨著建筑室外溫度的不斷降低。壓縮機(jī)的吸氣壓力就會(huì)得到降低，其的壓比就會(huì)隨之增大，空氣源熱泵機(jī)組的運(yùn)行壓比就會(huì)出現(xiàn)偏離最優(yōu)值的現(xiàn)象，在這個(gè)過程中建筑采暖系統(tǒng)的壓縮過程就會(huì)出現(xiàn)偏離正常壓縮過程的現(xiàn)象，這種現(xiàn)象最終將會(huì)導(dǎo)致空氣源熱泵的機(jī)組出現(xiàn)排期溫度異常的現(xiàn)象。

當(dāng)壓縮機(jī)的壓縮比增大的時(shí)候，其的輸氣量、暑期效率以及輸氣系數(shù)就會(huì)出現(xiàn)下降的現(xiàn)象，壓縮機(jī)在進(jìn)行運(yùn)行的過程中，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)壓縮機(jī)的潤(rùn)滑油的粘度就會(huì)出現(xiàn)下降的現(xiàn)象，出現(xiàn)這種現(xiàn)象的主要原因就是因?yàn)閴嚎s機(jī)排氣溫度過高的原因，這種現(xiàn)象對(duì)壓縮機(jī)的軟化效果產(chǎn)生了非常大的影響。如果空氣源熱泵在進(jìn)行運(yùn)行的過程中壓縮比過大的話，那么就會(huì)出現(xiàn)供暖系統(tǒng)頻繁啟停、無法正常運(yùn)行的現(xiàn)象，這對(duì)熱泵系統(tǒng)的推廣造成了非常大的影響。

2 普通空氣源熱泵采暖技術(shù)在寒冷地區(qū)應(yīng)用尚存在的問題

對(duì)于普通空氣源熱泵采暖技術(shù)而言，其使用受當(dāng)?shù)刈畹铜h(huán)境溫度的限制，適宜在冬季溫度高于0℃的長(zhǎng)江以南地區(qū)使用；冬季最低氣溫低于一5℃的黃河以北地區(qū)，不適宜使用普通空氣源熱泵采暖技術(shù)。隨著壓縮機(jī)和各種輔助部件性能的不斷提高，空氣源熱泵采暖技術(shù)的使用范圍也在不斷擴(kuò)大，但對(duì)于目前廣泛采用HCFC22作為制冷劑的普通空氣源熱泵采暖技術(shù)系統(tǒng)，在寒冷地區(qū)的應(yīng)用仍存在如下三方面的問題：

（1）普通空氣源熱泵采暖技術(shù)隨著環(huán)境溫度的降低，制熱量和制熱效率不斷降低，而人們對(duì)制熱量的需求隨著環(huán)境溫度的降低不斷增加，普通空氣源熱泵采暖技術(shù)系統(tǒng)尚無法解決這個(gè)矛盾。

（2）普通空氣源熱泵采暖技術(shù)在低溫環(huán)境下工作時(shí)，蒸發(fā)溫度很低，導(dǎo)致壓縮機(jī)排氣溫度超過壓縮機(jī)允許工作范圍，而出現(xiàn)頻繁啟/停，無法正常工作。

（3）當(dāng)環(huán)境溫度降到5℃以下時(shí)，空氣中的水蒸氣會(huì)在蒸發(fā)器表面形成霜層，使蒸發(fā)器換熱系數(shù)降低，制熱量減少，制熱效率降低，壓縮機(jī)壓縮比加大，排氣溫度升高，熱泵系統(tǒng)無法正常工作，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)?dǎo)致壓縮機(jī)燒毀。

3 各種用于寒冷地區(qū)空氣源熱泵采暖技術(shù)的技術(shù)方案及其特點(diǎn)

在寒冷地區(qū)空氣源熱泵在進(jìn)行采暖應(yīng)用的過程中出現(xiàn)了很多問題，針對(duì)這些問題研究人員必須要不斷加強(qiáng)對(duì)空氣源熱泵采暖技術(shù)的研究力度，這樣空氣源熱泵采暖技術(shù)在寒冷地區(qū)的適用性才能得到提高。

在進(jìn)行空氣源熱泵采暖技術(shù)應(yīng)用的時(shí)候，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)房間熱量和熱泵制熱輸出熱量嚴(yán)重不匹配的現(xiàn)象，針對(duì)這種現(xiàn)象我們采用的解決辦法主要是，利用輔助熱源來對(duì)房間內(nèi)部的熱量進(jìn)行彌補(bǔ)，最常用的輔助熱源就是中小型系統(tǒng)電加熱，在進(jìn)行輔助熱源應(yīng)用的過程中一般都是采用鍋爐設(shè)備來進(jìn)行供暖，在進(jìn)行輔助設(shè)備設(shè)置的時(shí)候必須要應(yīng)用兩套加熱裝置，這樣輔助熱源一次能源的利用效率才能得到提高。

3.1 準(zhǔn)二級(jí)壓縮空氣源熱泵采暖技術(shù)技術(shù)

為解決低溫制冷時(shí)機(jī)組的性能與投資關(guān)系問題，在20世紀(jì)80年代中期有學(xué)者提出了帶經(jīng)濟(jì)器的準(zhǔn)二級(jí)壓縮系統(tǒng)，并在螺桿機(jī)組中得到成功應(yīng)用。最近，尚振圍等對(duì)單機(jī)雙級(jí)丙烷螺桿壓縮機(jī)組進(jìn)行了研究；周剛等對(duì)用于空調(diào)工況的雙級(jí)壓縮循環(huán)進(jìn)行了分析計(jì)算。但是由于螺桿機(jī)組容量一般較大，很少有應(yīng)用于小型戶式空氣源熱泵采暖技術(shù)的情形，同時(shí)這種系統(tǒng)相對(duì)于二級(jí)壓縮系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)隨著蒸發(fā)溫度的上升將逐漸趨于下降，因而這種準(zhǔn)二級(jí)壓縮的研究長(zhǎng)期以來一直局限于低溫制冷的情況，其普冷工況的可行性一直未能得到足夠的關(guān)注。

3.2 雙級(jí)壓縮空氣源熱泵采暖技術(shù)技術(shù)

在寒冷地區(qū)的冬季經(jīng)常會(huì)采用空氣源熱泵來進(jìn)行采暖，但是空氣源熱泵在進(jìn)行供暖的過程中經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)熱效率低和結(jié)霜的現(xiàn)象，針對(duì)這種現(xiàn)象我們一般都是采用雙級(jí)熱泵的供暖系統(tǒng)來彌補(bǔ)這一問題，這樣寒冷地區(qū)低溫制熱熱泵惡化的現(xiàn)象才能得到解決。在冬季，用放置在室外的空氣源熱泵采暖技術(shù)冷熱水機(jī)組制備10～20℃的溫水，通過水環(huán)路送至室內(nèi)的水一空氣熱泵或者水一水熱泵系統(tǒng)從水中提取熱量，以達(dá)到供暖目的。

3.3 復(fù)疊循環(huán)空氣源熱泵采暖技術(shù)技術(shù)

Hasegawa等介紹了日本研究二級(jí)壓縮--復(fù)疊熱水熱泵（TCCH）的樣機(jī)實(shí)驗(yàn)情況[4]。其供熱水溫度可達(dá)70～C，比單級(jí)壓縮熱泵供水溫度高得多。因?yàn)闇p小了壓比，提高了COP（可達(dá)3.7），復(fù)疊方式減少了耗電量，樣機(jī)實(shí)驗(yàn)表明，中間熱交換器面積大小對(duì)性能影響很大，它除了預(yù)熱水和進(jìn)行冷劑氣液分離外，還影響制冷劑流動(dòng)、制冷劑液體過冷，需要進(jìn)行優(yōu)化。

3.4 國(guó)外空調(diào)公司的熱泵技術(shù)

考慮到歐美國(guó)家的住房結(jié)構(gòu)和對(duì)采暖要求與亞洲國(guó)家的差異，空氣源熱泵采暖技術(shù)技術(shù)的進(jìn)步主要體現(xiàn)在以日本和韓國(guó)為代表的亞洲國(guó)家的技術(shù)進(jìn)步上。為提高空氣源熱泵采暖技術(shù)的制熱性能，國(guó)外公司采用的主要技術(shù)有開發(fā)高性能的壓縮機(jī)、應(yīng)用優(yōu)質(zhì)內(nèi)螺紋管、采用高效換熱翅片、采用雙壓縮機(jī)等。

4 結(jié)論

綜上所述，我們必須要不斷加大對(duì)空氣源熱泵采暖技術(shù)的應(yīng)用力度，不斷提高空氣源熱泵采暖技術(shù)的節(jié)能和環(huán)保性能，這樣寒冷地區(qū)建筑的采暖性能才能得到提升。在實(shí)際應(yīng)用的過程中空氣源熱泵采暖技術(shù)仍舊存在著很多問題，比如：排氣的溫度過高或者是受壓比太高等，針對(duì)這種現(xiàn)象我們必須要采取針對(duì)性的措施，比如：二級(jí)壓縮循環(huán)、輔助電加熱等措施，這樣空氣源熱泵采暖技術(shù)在寒冷地區(qū)發(fā)揮的作用才能得到提高。

參考文獻(xiàn)

[1]胡青松，吳玉庭，馬重芳.適合嚴(yán)寒地區(qū)的先進(jìn)熱泵采暖技術(shù)[J].建設(shè)科技，2016（2）：21-24.

[2]李元哲，肖曰嶸，柯細(xì)勇.空氣源熱泵采暖技術(shù)散熱器采暖在寒冷地區(qū)的應(yīng)用[J].供熱制冷，2016（8）：50-55.

[3]李元哲，肖曰嶸，柯細(xì)勇.空氣源熱泵采暖技術(shù)散熱器供暖在寒冷地區(qū)的應(yīng)用[J].暖通空調(diào)，2016（e08）：17-22.

[4]劉孝敏，劉葉瑞，謝偉雪，等.空氣源熱泵采暖技術(shù)機(jī)組在寒冷地區(qū)建筑采暖中的應(yīng)用[J].自然科學(xué)：文摘版，2016（5）：00025-00025.