淺析低溫空氣源熱泵技術(shù)的應(yīng)用

泰吉

摘要：低溫空氣源熱泵與普通空氣源熱泵都有各自的優(yōu)點(diǎn)，就制冷和制熱來看，低溫空氣源熱泵機(jī)組的冷熱量和能效比普通機(jī)組有所提升，而在面對嚴(yán)寒天氣的時(shí)候，普通空氣源熱泵機(jī)組是無法工作的，制熱量衰減嚴(yán)重，制熱效果較差。而低溫空氣源熱泵機(jī)組能夠保持正常運(yùn)行，且確保一定的制熱量，確保制熱效果。

關(guān)鍵詞：低溫空氣源熱泵;原理;技術(shù)應(yīng)用

1 低溫空氣源熱泵原理

空氣源熱泵機(jī)組由蒸發(fā)器、冷凝器、壓縮機(jī)、膨脹閥四大主要部件構(gòu)成封閉系統(tǒng)，其內(nèi)充注有適量的工質(zhì)。機(jī)組運(yùn)行基本原理依據(jù)是逆卡循環(huán)原理：液態(tài)工質(zhì)首先在蒸發(fā)器內(nèi)吸收空氣中的熱量而蒸發(fā)形成蒸汽（汽化），汽化潛熱即為所回收熱量，而后經(jīng)壓縮機(jī)壓縮成高溫高壓氣體，進(jìn)入冷凝器內(nèi)冷凝成液態(tài)（液化）把吸收的熱量發(fā)給需要的加熱的水中，液態(tài)工質(zhì)經(jīng)膨脹閥降壓膨脹后重新回到膨脹閥內(nèi)，吸收熱量蒸發(fā)而完成一個循環(huán)，如此往復(fù)，不斷吸收低溫源的熱而輸出所加熱的水中。而低溫空氣源熱泵與常規(guī)熱泵相比，采用了噴氣增焓系統(tǒng)，噴氣增焓系統(tǒng)是通過噴氣增焓壓縮機(jī)優(yōu)化了中壓段冷媒噴射技術(shù)，過中間壓力吸氣孔吸入一部分中間壓力的氣體，與經(jīng)過部分壓縮的冷媒混合再壓縮，實(shí)現(xiàn)以單臺壓縮機(jī)實(shí)現(xiàn)兩級壓縮，增加了冷凝器中的制冷劑流量，加大了主循環(huán)回路的焓差，從而大大提高了壓縮機(jī)的效率。利用高效過冷卻器對主循環(huán)回路冷媒進(jìn)行節(jié)流前過冷，增大焓差;對輔助回路中經(jīng)過電子膨脹閥降壓后的低壓低溫冷媒進(jìn)行適當(dāng)?shù)念A(yù)熱，以達(dá)到合適的中壓，提供給壓縮機(jī)進(jìn)行二次壓縮。

2 低溫空氣源熱泵在應(yīng)用上不可忽視的因素

2.1 室外溫度降低

室外溫度降低也是低溫空氣源熱泵在應(yīng)用上不可忽視的因素，正是由于室外溫度的降低，改變了蒸發(fā)壓力，也會影響到制冷劑效率。這給技術(shù)人員提出了較高的要求，在低溫空氣源熱泵應(yīng)用過程中，需要充分考慮到室外溫度的變化范圍，以免由于室外溫度的變化影響到其應(yīng)用。同時(shí)，室外溫度降低也會改變系統(tǒng)換熱效率，造成其工作軌道不正常。

2.2 室外蒸發(fā)壓力下降

從目前的低溫空氣源熱泵應(yīng)用狀況來看，還是存在著一些因素影響其運(yùn)行，室外蒸發(fā)壓力下降就是較為常見的因素。從調(diào)查數(shù)據(jù)結(jié)果中可以看出，室外蒸發(fā)壓力直接影響到壓縮機(jī)的輸氣量，因此如果室外蒸發(fā)壓力下降，那么在一定程度上就會縮減壓縮機(jī)的使用年限。同時(shí)，還可能會出現(xiàn)“水錘”現(xiàn)象，影響到系統(tǒng)正常使用，嚴(yán)重者會造成電機(jī)燒毀。針對這一問題，我國的專家學(xué)者進(jìn)行了深入的研究，進(jìn)一步提高系統(tǒng)的安全性，也讓低溫空氣源熱泵實(shí)現(xiàn)更好的應(yīng)用。

3 低溫空氣源熱泵技術(shù)應(yīng)用

3.1 兩級壓縮與中間補(bǔ)氣技術(shù)

空氣源熱泵技術(shù)運(yùn)用于低溫工況時(shí)，室外換熱器的蒸發(fā)壓力低，導(dǎo)致單級壓縮系統(tǒng)的壓比大和排氣溫度高，嚴(yán)重影響了壓縮機(jī)的穩(wěn)定運(yùn)行和性能。目前降低壓縮機(jī)壓比和排氣溫度的主要方法有兩級壓縮和單級壓縮中間補(bǔ)氣。兩級壓縮的原理是分2次將蒸發(fā)壓力壓到冷凝壓力，從而降低每臺壓縮機(jī)的壓比。蒸發(fā)壓力通過低級壓縮機(jī)壓到中間壓力，經(jīng)過中間冷卻后降低制冷劑溫度，混合后的氣體經(jīng)過高級壓縮機(jī)壓到冷凝壓力。單級中間補(bǔ)氣系統(tǒng)又稱為準(zhǔn)二級壓縮系統(tǒng)，通過中間補(bǔ)氣口將一臺壓縮分為兩級壓縮。經(jīng)過中冷器（或閃蒸器）后的低溫氣體經(jīng)過補(bǔ)氣口進(jìn)入壓縮機(jī)，降低排氣溫度，增加排氣量，提升制熱量。中間冷卻主要有中冷器和閃發(fā)器兩種方式：中冷器作為一種換熱器，其存在換熱溫差，使進(jìn)入補(bǔ)氣口的制冷劑溫度較高，系統(tǒng)較易精確控制;閃發(fā)器讓進(jìn)入補(bǔ)氣口的制冷劑更接近飽和狀態(tài)，沒有換熱溫差的存在能更有效地降低排氣溫度，但系統(tǒng)不易精確控制。當(dāng)溫度高于一5℃時(shí)，采用單級壓縮系統(tǒng)，因?yàn)榇藭r(shí)補(bǔ)氣系統(tǒng)的優(yōu)勢不明顯，而且其電功率高于單級壓縮系統(tǒng)，這是由于其它條件不變時(shí)，對于單級壓縮系統(tǒng)，當(dāng)蒸發(fā)壓力降低時(shí)壓縮機(jī)的吸氣量會下降，從而減小壓縮機(jī)的功率消耗，但對于補(bǔ)氣系統(tǒng)而言，雖然其吸氣量減少了，但其補(bǔ)氣量增大了，從而導(dǎo)致壓縮機(jī)實(shí)際電功率變化不大。在低溫環(huán)境下，壓縮機(jī)中間補(bǔ)氣系統(tǒng)能夠提升系統(tǒng)的性能。隨著壓縮機(jī)補(bǔ)氣量的增加，熱泵系統(tǒng)的制熱量和壓縮機(jī)電功率不斷上升，COP值出現(xiàn)先增大后減小，故存在一個COP最大時(shí)的最優(yōu)補(bǔ)氣量?？梢酝ㄟ^加大補(bǔ)氣量來提高制熱量，但考慮經(jīng)濟(jì)性時(shí)則要控制補(bǔ)氣量，當(dāng)其補(bǔ)氣量為總流量的10%～14%能獲得最佳的能效比。為使空氣源熱泵在更低的室外溫度下正常運(yùn)行和提升制熱量，提出準(zhǔn)三級式空氣源熱泵系統(tǒng)，其原理是在兩級壓縮系統(tǒng)的基礎(chǔ)上對低壓級壓縮機(jī)進(jìn)行補(bǔ)氣，提高低壓級壓縮機(jī)的排氣量，降低其排氣溫度，進(jìn)而提升熱泵系統(tǒng)的性能。

3.2 復(fù)疊循環(huán)技術(shù)

復(fù)疊循環(huán)系統(tǒng)由兩個單獨(dú)的制冷系統(tǒng)組成，分別稱為高溫級和低溫級兩個部分。其中高溫部分使用中溫制冷劑，低溫部分使用低溫制冷劑。高溫部分的制冷劑的蒸發(fā)是用來使低溫部分系統(tǒng)中制冷劑冷卻的，兩個部分通過一個冷凝蒸發(fā)器相連接，所以冷凝蒸發(fā)器既是高溫部分的蒸發(fā)器，又是低溫部分的冷凝器。低溫部分的制冷劑在蒸發(fā)器內(nèi)向被冷卻的對象吸收熱量，并把熱量傳遞給高溫部分的制冷劑，最后由高溫制冷劑給冷卻介質(zhì) （水或空氣）。變頻壓縮技術(shù)是相對于轉(zhuǎn)速恒定的壓縮技術(shù)而言的，其通過一種控制方式或手段使其轉(zhuǎn)速在一定范圍內(nèi)連續(xù) 調(diào)節(jié)，能連續(xù)改變輸出能量的壓縮技術(shù)。其核心是變頻器。變頻器通過改變壓縮機(jī)供電頻率，調(diào)節(jié)壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速。依靠壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速的快慢達(dá)到控制室溫的目的，室溫波動小、電能消耗少，其舒適度大大提高。而運(yùn)用變頻控制技術(shù)的變頻空調(diào)，可根據(jù)環(huán)境溫度自動選擇制熱、制冷和除濕運(yùn)轉(zhuǎn)方式，使居室在短時(shí)間內(nèi)迅速達(dá)到所需要的溫度并在低轉(zhuǎn)速、低能耗狀態(tài)下以較小的溫差波動，實(shí)現(xiàn)了快速、節(jié)能和舒適控溫效果。

3.3 空氣源熱泵除霜技術(shù)

低溫空氣源熱泵在具體的運(yùn)用中，會受到霜的影響，造成一些問題的產(chǎn)生，而且，除霜過程本身也會的帶來一些影響，包括因融霜降低熱泵的COP、除霜過程中，熱泵的供熱中斷，影響室內(nèi)的整體舒適度、甚至由于增加輔助加熱元件，還會造成系統(tǒng)的成本增加，甚至?xí)斐稍O(shè)備可靠受到影響。盡管除霜過程存在問題影響明顯。但，隨著低溫空氣源熱泵系統(tǒng)研究的不斷深入，除霜技術(shù)也得到長足的改善，使得除霜技術(shù)性能得到提升，滿足空氣熱源泵除霜的需求。

4 結(jié)語

隨著人們生活質(zhì)量的提高，其對室內(nèi)環(huán)境和溫度有了更高的要求，因此越來越多的空調(diào)機(jī)或供暖設(shè)備被運(yùn)用到人們的生活和工作中。但是大多空調(diào)機(jī)或供暖設(shè)備在運(yùn)行的過程中會消耗大量的電能，且會產(chǎn)生對環(huán)境有害的其他，造成環(huán)境污染，低溫空氣源熱泵是一種新型的空調(diào)設(shè)備，其能通過吸收空氣中的能量轉(zhuǎn)換為空調(diào)運(yùn)轉(zhuǎn)所需的能量，并且其對環(huán)境造成的污染較少，因此低溫空氣源熱泵技術(shù)符合我國的可持續(xù)發(fā)展需求。

參考文獻(xiàn)：

[1]吳章煒，李瑛，許治勇，劉延博，盧歡.低溫空氣源熱泵研究進(jìn)展[J].輕工機(jī)械，2017，35（04）：96-100.

（作者單位：青島海信日立空調(diào)營銷股份有限公司）