基于CiteSpace 的空氣源熱泵領(lǐng)域研究熱點(diǎn)及趨勢(shì)分析

李思琪，彭佩佩，王海濤

（1.安徽建筑大學(xué)環(huán)境與能源工程學(xué)院；2.安徽建筑大學(xué)建筑與規(guī)劃學(xué)院，安徽 合肥 230000）

空氣源熱泵技術(shù)在眾多新能源技術(shù)中，具有節(jié)能減排的特點(diǎn)，而且運(yùn)用成本低，加熱性能好，在農(nóng)業(yè)、工商、建筑和日常生活中得到了廣泛的應(yīng)用。同時(shí)，在“煤改電”過(guò)程中，空氣源熱泵的推廣和使用，讓“空氣能源”站穩(wěn)了腳跟，讓消費(fèi)者有了更多選擇，提高了生活品質(zhì)追求?？諝庠礋岜脩?yīng)用于未來(lái)的建筑市場(chǎng)已成為必然的發(fā)展趨勢(shì)和發(fā)展要求，相較國(guó)外的一些國(guó)家，我國(guó)的空氣源熱泵領(lǐng)域研究起步較晚。所以，很有必要對(duì)國(guó)內(nèi)外空氣源熱泵的研究現(xiàn)狀進(jìn)行系統(tǒng)地分析與統(tǒng)計(jì)，以總結(jié)其研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)。

1 研究方法及數(shù)據(jù)來(lái)源

1.1 研究方法

本文運(yùn)用CiteSpace 軟件作為研究的可視化工具，對(duì)空氣源熱泵領(lǐng)域中的高頻詞匯以及頻次進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，并繪制文獻(xiàn)的作者機(jī)構(gòu)、關(guān)鍵詞圖譜等對(duì)空氣源熱泵領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)、知識(shí)基礎(chǔ)及演進(jìn)趨勢(shì)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

1.2 數(shù)據(jù)來(lái)源

本文的研究數(shù)據(jù)來(lái)源于Web Of Science，篩選Web Of Science 核心文集，檢索主題詞“Air Source Heat Pump”，時(shí)間區(qū)間選在2012 ～2022 年，得到3624 條搜索結(jié)果，在“研究方向”上選擇了“Engineering、、Construction Building Technology、Science Technology Other Topics、Environmental Sciences Ecology”等；在“國(guó)家/地區(qū)”中篩選發(fā)文量在30 以上的國(guó)家進(jìn)行數(shù)據(jù)精練，得到了1280 篇相關(guān)文獻(xiàn)。

2 機(jī)構(gòu)共現(xiàn)圖譜分析

空氣源熱泵研究機(jī)構(gòu)共現(xiàn)圖譜如圖1 所示，圖譜共形成326 個(gè)節(jié)點(diǎn)，409 條連線。

圖1 2012 ～2022 年空氣源熱泵領(lǐng)域研究機(jī)構(gòu)圖譜

由圖1 可以看出，在空氣源熱泵領(lǐng)域貢獻(xiàn)尤其突出的機(jī)構(gòu)是西安交通大學(xué)、清華大學(xué)等。研究機(jī)構(gòu)都集中在研究院和高校中。20 世紀(jì)50 年代時(shí)，天津大學(xué)的學(xué)者就開(kāi)始研究熱泵，60 年代開(kāi)始應(yīng)用在暖通空調(diào)上。西安交通大學(xué)的曹峰等2021 年介紹了一種用來(lái)優(yōu)化跨臨界CO2空氣源熱泵熱水器運(yùn)行的控制方法，將MPC 控制策略應(yīng)用于ASHP 熱水器中，對(duì)其運(yùn)行性能進(jìn)行了實(shí)時(shí)優(yōu)化。仿真結(jié)果證明了MPC 控制器的有效性；宋昱龍等2020 年研究熱氣旁路除霜方法，還進(jìn)行了了壓力和溫度的動(dòng)態(tài)特性分析及供熱和能耗的能量分析，發(fā)現(xiàn)此方法除霜效率良好，適用于空氣源跨臨界CO2熱泵。哈爾濱工業(yè)大學(xué)的倪龍等2021 年提出了一種新型光譜分流PV/T系統(tǒng)，采用MATLAB 軟件模擬驗(yàn)證，證明了光譜分流PV/T系統(tǒng)的可行性。

3 熱點(diǎn)領(lǐng)域分析

研究熱點(diǎn)領(lǐng)域如圖2 所示，將關(guān)鍵詞共現(xiàn)圖譜進(jìn)行聚類分析，共得出8 個(gè)聚類群。

圖2 2012 ～2022 年空氣源熱泵領(lǐng)域研究關(guān)鍵詞聚類圖譜

聚類群0“ground source heat pump”，聚類群3“ground source heat pump”：空氣源熱泵技術(shù)與地源熱泵技術(shù)等都是近年來(lái)節(jié)能環(huán)保的新興熱泵技術(shù)。地源熱泵因?yàn)楦吣苄?，穩(wěn)定的運(yùn)行能力和減少燃料消耗越來(lái)越得到人們的青睞，已成為常規(guī)普通空調(diào)的替代品。但是，地源熱泵地溫的不平衡，會(huì)致使土壤溫度的下降還有加熱性能的衰退，這就會(huì)導(dǎo)致制冷或制熱性能系數(shù)的降低；空氣源熱泵在低溫環(huán)境下易結(jié)霜，也會(huì)影響其運(yùn)行效率，消耗熱性能，降低能效。而將空氣源熱泵系統(tǒng)與地源熱泵結(jié)合能夠降低地源熱泵冷熱不平衡問(wèn)題，優(yōu)化運(yùn)行，減少能耗，成為新的研究熱點(diǎn)領(lǐng)域。能運(yùn)行空氣源熱泵機(jī)組來(lái)滿足建筑熱負(fù)荷需求,而室外溫度較低時(shí),運(yùn)行地源熱泵機(jī)組,以此空氣源熱泵機(jī)組承擔(dān)部分建筑熱負(fù)荷,減少地源熱泵系統(tǒng)取熱量。

聚類群1“air source heat pump”、 聚類群2“air source”、聚類群7“l(fā)ow temperature heat source”：何桂香（2021）等人研究了空氣源熱泵室外換熱器在低溫環(huán)境下運(yùn)行時(shí)的結(jié)霜問(wèn)題，從結(jié)霜影響因素及霜層生長(zhǎng)條件出發(fā)，改善了一種抑霜表面改性方法，揭示了超疏水技術(shù)應(yīng)用于空氣源熱泵室外機(jī)換熱器表面進(jìn)行有效抑霜的可行性及其實(shí)際應(yīng)用價(jià)值；聚類群4“industrial continuous heat treatment furnace”、聚類群5“rural household”：孫志鵬（2021 年）提出了一種適用于農(nóng)村散戶的多能互補(bǔ)供暖系統(tǒng),并對(duì)供暖系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)值研究,結(jié)果表明，生物質(zhì)-太陽(yáng)能系統(tǒng)與空氣源熱泵系統(tǒng)之間能夠形成有效的互補(bǔ)；聚類群6“energy level”：吳衛(wèi)平（2017 年）等人討論并分析了空氣源熱泵在建筑節(jié)能中的應(yīng)用，發(fā)現(xiàn)空氣源熱泵的發(fā)展可以大大減少資源的過(guò)度消耗以及廢棄物的排放,積極響應(yīng)國(guó)家號(hào)召,為綠色節(jié)能做出社會(huì)責(zé)任；聚類群8“quasi-two stage compression air source”：曾智（2021 年）等人以補(bǔ)氣增焓準(zhǔn)二級(jí)壓縮空氣源熱泵熱水器為研究對(duì)象研究了補(bǔ)氣壓比對(duì)系統(tǒng)制熱量和性能系數(shù)（COP）的影響,進(jìn)行了熱力學(xué)分析發(fā)現(xiàn)隨著補(bǔ)氣壓比的增加,系統(tǒng)COP 和制熱量均呈現(xiàn)先上升后下降的現(xiàn)象。

4 前沿分析

將關(guān)鍵詞共現(xiàn)圖譜使用CiteSpace 軟件Burst 功能，對(duì)具有高突變率的詞匯進(jìn)行探測(cè)，如圖3 所示，圖中標(biāo)有紅色的關(guān)鍵詞則被認(rèn)為是前沿關(guān)鍵詞。12 個(gè)突現(xiàn)較高的詞如表1 所示。

表1 前十二名高突現(xiàn)詞表

圖3 2012 ～2022 年空氣源熱泵領(lǐng)域研究關(guān)鍵詞共現(xiàn)圖譜

基于詞頻分析的關(guān)鍵詞共現(xiàn)知識(shí)圖譜用于產(chǎn)生熱點(diǎn)領(lǐng)域和前沿學(xué)科。

model 突現(xiàn)時(shí)間在2012 ～2014 年，由于空氣源熱泵技術(shù)成熟度高、節(jié)能減排好、實(shí)用效果好，在我國(guó)北方農(nóng)村地區(qū)廣泛采用。利用軟件建立空氣源熱泵系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，并將實(shí)測(cè)的數(shù)據(jù)輸入計(jì)算機(jī)中，并進(jìn)行了仿真計(jì)算得出仿真數(shù)據(jù)，將算出的模擬數(shù)據(jù)結(jié)果與實(shí)測(cè)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，從而驗(yàn)證了該系統(tǒng)的可行性。再根據(jù)實(shí)際環(huán)境數(shù)據(jù)來(lái)進(jìn)行優(yōu)化，得出最佳方案，對(duì)實(shí)際應(yīng)用有很大的幫助。

improvement 的突現(xiàn)時(shí)間在2019 年，是最新的研究前沿。空氣源熱泵利用空氣能耗低、取之不盡、環(huán)境影響低，是一種應(yīng)用廣泛的節(jié)能設(shè)備。但是，由于地理?xiàng)l件的限制，濕度過(guò)低等氣候條件會(huì)造成空調(diào)系統(tǒng)的換熱器出現(xiàn)結(jié)霜現(xiàn)象，從而影響空調(diào)的性能。另外，當(dāng)它處于高溫高壓狀態(tài)時(shí)，很容易使壓縮機(jī)等設(shè)備老化。隨著空氣源熱泵技術(shù)的不斷發(fā)展和完善，其應(yīng)用范圍也越來(lái)越廣泛，其功能性、智能化、運(yùn)行穩(wěn)定性都得到了極大的改善，系統(tǒng)的運(yùn)行失敗概率也大大減少。

5 結(jié)語(yǔ)

（1）通過(guò)機(jī)構(gòu)圖譜分析得出，空氣源熱泵領(lǐng)域研究高產(chǎn)機(jī)構(gòu)有西安交通大學(xué)、清華大學(xué)、香港理工大學(xué)、哈爾濱工業(yè)大學(xué)等，在這些機(jī)構(gòu)中，作者之間都有著合作關(guān)系。

（2）在關(guān)鍵詞圖譜分析中，可以得出熱點(diǎn)領(lǐng)域有g(shù)round source heat pump、air source heat pump、air source、ground dual source heat pump、industrial continuous heat treatment furnace、rural household、energy level、low temperature heat source、quasi-two stage compression air source 等八大領(lǐng)域，這八個(gè)熱點(diǎn)領(lǐng)域代表了2012 ～2022 年空氣源熱泵研究者重點(diǎn)關(guān)注的方向。

（3）關(guān)于研究前沿分析，建立空氣源熱泵系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型、模擬分析、性能參數(shù)、融霜和空氣源熱泵技術(shù)的改進(jìn)等是近10 年的主要研究?jī)?nèi)容。