低溫環境下空氣源熱泵的應用分析

李程瑤

摘要：空氣源熱泵是一種新型的節能減排環保裝置，其以少量的高位電能作為驅動，提升空氣中的低位熱能為高位熱能，利用空氣中的能量，具有節能減排、高效無污染的特點。但在低溫環境下空氣源熱泵工作性能缺乏穩定性，制熱效率不高，這對空氣源熱泵的進一步推廣帶來了較大的阻礙。文中從空氣源熱泵及其特點入手，分析了低溫環境下空氣源熱泵的應用，并進一步對低溫環境下空氣源熱泵的展望進行了具體的闡述。

關鍵詞：低溫環境;空氣源熱泵;特點;應用;展望

1空氣源熱泵及其特點

由于熱泵屬于節能裝置，能夠將低位熱能轉換為高位熱能，達到節約不可再生能源的目的。空氣源熱泵以空氣作為低溫熱源，在運行中需要消耗一定的電能來保證為用戶提供熱能。作為高效節能裝置，空氣源熱泵具有較多的優點。其以空氣作為熱源，不僅能夠迅速補充，而且不受地理條件限制。利用空氣源熱泵吸收空氣中的熱量，并將其轉化為高溫熱能，將水加熱到供暖需要的溫度。在將空氣熱能轉換為高位熱能時需要消耗少量的電能，相較于其他供熱設備，其輸出能量與輸入電能之比具有較強的優勢。在空氣源熱泵系統運行過程中，不存在傳統的熱水系統運行中危險，熱水通過高溫冷媒與水進行交換，實現電水物理上的分離，其熱水系統具有較高的安全性和可靠性。而且空氣源熱泵使用范圍十分廣泛，使用壽命較長，維護費用不高，能夠實現智能化控制，運行十分穩定。

在實際空氣源熱泵應用過程中也存在顯著的缺點。其在我國部分地區應用時存在結霜問題，在夏熱冬冷地區應用時，由于空氣濕度大，冬季室外溫度低，當室外換熱器表面溫度低于周圍空氣露點溫度時，換熱器表面則會出現結霜情況，從而影響傳熱效果，嚴重時還會出現停機情況。而且在結霜狀態下，熱泵制熱性能系數和可靠性都會下降。在空氣源熱泵運行中，由于空氣比熱容較小，要想獲得所需要的熱量，則需要較多的空氣量，在加大風機風量過程中，空氣源熱泵裝置噪聲也會較大。

2低溫環境下空氣源熱泵的應用

2.1限制因素

在低溫環境下應用空氣源熱泵過程中，當室外溫度下降時，建筑物熱負荷也會不斷變大，空氣源熱泵的制熱量則會減少。這主要是由于室外溫度下降過程中，空氣中含有的熱量會減少，空氣源熱泵需要更多的空氣量才能滿足運行要求，在壓縮比增大的情況下，壓縮機容積效率則會下降，因此在低溫狀態下空氣源熱泵單位質量供熱量則會減少。這也導致在低溫環境下空氣源熱泵機組供熱量會出現不足的情況。同時在室外低溫環境下，壓縮機排氣溫度會處于較高水平，這必然也會對機組的正常運行帶來較大的影響。低溫工況下，吸氣管回油困難，在氣液分離器內會積存大量的潤滑油，而且低溫下潤滑油會更粘稠，潤滑效果下降，從而導致失油問題發生，影響空氣源熱泵的正常運行。另外，隨著蒸發溫度的不斷下降，制冷劑質量流量也會越來越少，壓縮機會出現冷卻不足問題，導致電機過熱，嚴重時還會出現電機被燒毀的情況。

2.2解決方法

針對于低溫環境下空氣源熱泵穩定可靠的運行的諸多限制性因素，可以利用雙級耦合熱泵，即通過空氣源熱泵冷熱水機組來進行低溫水制備，并利用水環路將低溫水送至室內各個熱泵機組中，空氣熱泵從水中汲取熱量，實現對室內空氣的加熱，達到供暖的目的。也可能利用單雙級混合式熱泵供暖系統，其在室外溫度適宜情況下進行單級運行，只有在室外溫度過低時才按雙級運行，具有較好的節能和環保效果。在該系統中，利用水循環將兩套單級壓縮熱泵系統有效的聯系起來，組合成為一個新的雙級耦合熱泵系統，熱量在輸送和轉換過程中損失率較低，同時還使用戶節省了供暖設備，具有更好的節能性和經濟性，能耗片地較低水平，與時代發展的需求相符合。

3低溫環境下空氣源熱泵的展望

由于空氣源熱泵具有高效、節能和減排等優勢，因此其具備非常好的市場前景。而且隨著科學技術的發展和進步，空氣源熱泵系統功能更具多樣性，這也對產品的可靠性提出了更高的要求。在低溫環境下為了提高空氣源熱泵應用的可靠性，我國加快了制冷技術的研發進度，同時將蓄熱技術在提供能源利用效率和環保方面進行應用，通過對蓄熱型熱泵的應用，可以有效的熱泵系統的運轉效率，同時將相變材料與熱泵技術有效結合，發揮各自的優勢，有利于進一步提高低溫環境下空氣源熱泵系統的性能。在今后的實際工作中，需要加快對適合低溫環境下運行的空氣源熱泵系統的開發，充分的利用先進的科學技術推進系統的動態仿真，不斷優化空氣源熱泵系統，不斷增強空氣源熱泵系統的制熱效率和系統運行的穩定性。

由于低溫環境下空氣源熱泵系統運行過程中蒸發器表面結霜會對制熱效果帶來較大的影響，并影響空氣源熱泵系統運行的穩定性，因此為了提高空氣源熱泵系統低溫環境下的性能，需要加大對除霜技術的研究。利用電熱除霜雖然操作較為簡單，除霜效果較好，但存在耗電量大的問題，而且無法在大型裝置中進行應用。逆循環除霜效果較好，簡單易行，但實際運行中系統穩定性差，無法實現有效控制。基于各種除霜技術的比較分析，利用相變蓄能系統可以短時間達到除霜效果，能耗少，而且系統具有較高的穩定性，因此可以在實踐中加快推廣應用這項除霜技術，保證空氣源熱泵系統在低溫環境中運行的可靠性。

4結束語

低溫環境下普遍存在采暖期長的問題，利用空氣源熱泵可以有效的實現不可再生資源的節約，減少對環境的污染，具有較好的節能、環保效果。因此需要加大對空氣源熱泵在低溫環境下應用的研究力度，通過應用適宜低溫環境下運行的空氣源熱泵，保證系統運行的穩定性和可靠性，實現能源的節約。