低溫環(huán)境下空氣源熱泵的應(yīng)用分析

李程瑤

摘要：空氣源熱泵是一種新型的節(jié)能減排環(huán)保裝置，其以少量的高位電能作為驅(qū)動(dòng)，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(jié)能減排、高效無(wú)污染的特點(diǎn)。但在低溫環(huán)境下空氣源熱泵工作性能缺乏穩(wěn)定性，制熱效率不高，這對(duì)空氣源熱泵的進(jìn)一步推廣帶來(lái)了較大的阻礙。文中從空氣源熱泵及其特點(diǎn)入手，分析了低溫環(huán)境下空氣源熱泵的應(yīng)用，并進(jìn)一步對(duì)低溫環(huán)境下空氣源熱泵的展望進(jìn)行了具體的闡述。

關(guān)鍵詞：低溫環(huán)境;空氣源熱泵;特點(diǎn);應(yīng)用;展望

1空氣源熱泵及其特點(diǎn)

由于熱泵屬于節(jié)能裝置，能夠?qū)⒌臀粺崮苻D(zhuǎn)換為高位熱能，達(dá)到節(jié)約不可再生能源的目的。空氣源熱泵以空氣作為低溫?zé)嵩?，在運(yùn)行中需要消耗一定的電能來(lái)保證為用戶(hù)提供熱能。作為高效節(jié)能裝置，空氣源熱泵具有較多的優(yōu)點(diǎn)。其以空氣作為熱源，不僅能夠迅速補(bǔ)充，而且不受地理?xiàng)l件限制。利用空氣源熱泵吸收空氣中的熱量，并將其轉(zhuǎn)化為高溫?zé)崮?，將水加熱到供暖需要的溫度。在將空氣熱能轉(zhuǎn)換為高位熱能時(shí)需要消耗少量的電能，相較于其他供熱設(shè)備，其輸出能量與輸入電能之比具有較強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)。在空氣源熱泵系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中，不存在傳統(tǒng)的熱水系統(tǒng)運(yùn)行中危險(xiǎn)，熱水通過(guò)高溫冷媒與水進(jìn)行交換，實(shí)現(xiàn)電水物理上的分離，其熱水系統(tǒng)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(zhǎng)，維護(hù)費(fèi)用不高，能夠?qū)崿F(xiàn)智能化控制，運(yùn)行十分穩(wěn)定。

在實(shí)際空氣源熱泵應(yīng)用過(guò)程中也存在顯著的缺點(diǎn)。其在我國(guó)部分地區(qū)應(yīng)用時(shí)存在結(jié)霜問(wèn)題，在夏熱冬冷地區(qū)應(yīng)用時(shí)，由于空氣濕度大，冬季室外溫度低，當(dāng)室外換熱器表面溫度低于周?chē)諝饴饵c(diǎn)溫度時(shí)，換熱器表面則會(huì)出現(xiàn)結(jié)霜情況，從而影響傳熱效果，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)出現(xiàn)停機(jī)情況。而且在結(jié)霜狀態(tài)下，熱泵制熱性能系數(shù)和可靠性都會(huì)下降。在空氣源熱泵運(yùn)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(fēng)機(jī)風(fēng)量過(guò)程中，空氣源熱泵裝置噪聲也會(huì)較大。

2低溫環(huán)境下空氣源熱泵的應(yīng)用

2.1限制因素

在低溫環(huán)境下應(yīng)用空氣源熱泵過(guò)程中，當(dāng)室外溫度下降時(shí)，建筑物熱負(fù)荷也會(huì)不斷變大，空氣源熱泵的制熱量則會(huì)減少。這主要是由于室外溫度下降過(guò)程中，空氣中含有的熱量會(huì)減少，空氣源熱泵需要更多的空氣量才能滿(mǎn)足運(yùn)行要求，在壓縮比增大的情況下，壓縮機(jī)容積效率則會(huì)下降，因此在低溫狀態(tài)下空氣源熱泵單位質(zhì)量供熱量則會(huì)減少。這也導(dǎo)致在低溫環(huán)境下空氣源熱泵機(jī)組供熱量會(huì)出現(xiàn)不足的情況。同時(shí)在室外低溫環(huán)境下，壓縮機(jī)排氣溫度會(huì)處于較高水平，這必然也會(huì)對(duì)機(jī)組的正常運(yùn)行帶來(lái)較大的影響。低溫工況下，吸氣管回油困難，在氣液分離器內(nèi)會(huì)積存大量的潤(rùn)滑油，而且低溫下潤(rùn)滑油會(huì)更粘稠，潤(rùn)滑效果下降，從而導(dǎo)致失油問(wèn)題發(fā)生，影響空氣源熱泵的正常運(yùn)行。另外，隨著蒸發(fā)溫度的不斷下降，制冷劑質(zhì)量流量也會(huì)越來(lái)越少，壓縮機(jī)會(huì)出現(xiàn)冷卻不足問(wèn)題，導(dǎo)致電機(jī)過(guò)熱，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)出現(xiàn)電機(jī)被燒毀的情況。

2.2解決方法

針對(duì)于低溫環(huán)境下空氣源熱泵穩(wěn)定可靠的運(yùn)行的諸多限制性因素，可以利用雙級(jí)耦合熱泵，即通過(guò)空氣源熱泵冷熱水機(jī)組來(lái)進(jìn)行低溫水制備，并利用水環(huán)路將低溫水送至室內(nèi)各個(gè)熱泵機(jī)組中，空氣熱泵從水中汲取熱量，實(shí)現(xiàn)對(duì)室內(nèi)空氣的加熱，達(dá)到供暖的目的。也可能利用單雙級(jí)混合式熱泵供暖系統(tǒng)，其在室外溫度適宜情況下進(jìn)行單級(jí)運(yùn)行，只有在室外溫度過(guò)低時(shí)才按雙級(jí)運(yùn)行，具有較好的節(jié)能和環(huán)保效果。在該系統(tǒng)中，利用水循環(huán)將兩套單級(jí)壓縮熱泵系統(tǒng)有效的聯(lián)系起來(lái)，組合成為一個(gè)新的雙級(jí)耦合熱泵系統(tǒng)，熱量在輸送和轉(zhuǎn)換過(guò)程中損失率較低，同時(shí)還使用戶(hù)節(jié)省了供暖設(shè)備，具有更好的節(jié)能性和經(jīng)濟(jì)性，能耗片地較低水平，與時(shí)代發(fā)展的需求相符合。

3低溫環(huán)境下空氣源熱泵的展望

由于空氣源熱泵具有高效、節(jié)能和減排等優(yōu)勢(shì)，因此其具備非常好的市場(chǎng)前景。而且隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和進(jìn)步，空氣源熱泵系統(tǒng)功能更具多樣性，這也對(duì)產(chǎn)品的可靠性提出了更高的要求。在低溫環(huán)境下為了提高空氣源熱泵應(yīng)用的可靠性，我國(guó)加快了制冷技術(shù)的研發(fā)進(jìn)度，同時(shí)將蓄熱技術(shù)在提供能源利用效率和環(huán)保方面進(jìn)行應(yīng)用，通過(guò)對(duì)蓄熱型熱泵的應(yīng)用，可以有效的熱泵系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)效率，同時(shí)將相變材料與熱泵技術(shù)有效結(jié)合，發(fā)揮各自的優(yōu)勢(shì)，有利于進(jìn)一步提高低溫環(huán)境下空氣源熱泵系統(tǒng)的性能。在今后的實(shí)際工作中，需要加快對(duì)適合低溫環(huán)境下運(yùn)行的空氣源熱泵系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)，充分的利用先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)推進(jìn)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)仿真，不斷優(yōu)化空氣源熱泵系統(tǒng)，不斷增強(qiáng)空氣源熱泵系統(tǒng)的制熱效率和系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性。

由于低溫環(huán)境下空氣源熱泵系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中蒸發(fā)器表面結(jié)霜會(huì)對(duì)制熱效果帶來(lái)較大的影響，并影響空氣源熱泵系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性，因此為了提高空氣源熱泵系統(tǒng)低溫環(huán)境下的性能，需要加大對(duì)除霜技術(shù)的研究。利用電熱除霜雖然操作較為簡(jiǎn)單，除霜效果較好，但存在耗電量大的問(wèn)題，而且無(wú)法在大型裝置中進(jìn)行應(yīng)用。逆循環(huán)除霜效果較好，簡(jiǎn)單易行，但實(shí)際運(yùn)行中系統(tǒng)穩(wěn)定性差，無(wú)法實(shí)現(xiàn)有效控制?；诟鞣N除霜技術(shù)的比較分析，利用相變蓄能系統(tǒng)可以短時(shí)間達(dá)到除霜效果，能耗少，而且系統(tǒng)具有較高的穩(wěn)定性，因此可以在實(shí)踐中加快推廣應(yīng)用這項(xiàng)除霜技術(shù)，保證空氣源熱泵系統(tǒng)在低溫環(huán)境中運(yùn)行的可靠性。

4結(jié)束語(yǔ)

低溫環(huán)境下普遍存在采暖期長(zhǎng)的問(wèn)題，利用空氣源熱泵可以有效的實(shí)現(xiàn)不可再生資源的節(jié)約，減少對(duì)環(huán)境的污染，具有較好的節(jié)能、環(huán)保效果。因此需要加大對(duì)空氣源熱泵在低溫環(huán)境下應(yīng)用的研究力度，通過(guò)應(yīng)用適宜低溫環(huán)境下運(yùn)行的空氣源熱泵，保證系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性和可靠性，實(shí)現(xiàn)能源的節(jié)約。