空氣源熱泵技術綜述

李亞寧 閆曉彤 王洪利

摘 要：空氣源熱泵，作為一種熱泵技術，一種采暖所用的機械設備，相較于燃煤鍋爐、電鍋爐、蓄熱水箱等，具有更為廣泛，且更為廣闊的發展前景，被譽為“大自然能量的搬運工”。因其具有低成本、操作便捷、采暖效果顯著、安全性高、干凈衛生等多重優勢，因此，在我國大部分地區，都有較為廣泛的應用。它不僅僅能夠日常的燃煤、電力進行供能，更能利用太陽能等空氣中可利用的能量，在不同地區，采用不同形式的空氣源熱泵，能夠最大程度利用當地能量，以實現最高的經濟效益。因此，進一步研究空氣源熱泵，不斷完善和發展，不僅僅能解決嚴寒地區供暖問題，更能實現經濟、環保雙豐收的奇效。

關鍵詞：空氣源熱泵;供暖;能源;除霜

近十多年以來，我們一致提倡“綠水青山就是金山銀山”的環保理念，盡管如今我們也在不斷開發新興能源，但仍然無法避免造成污染。所以，煤改電工程，煤改氣工程，愈發受到人們的關注。本文主要對空氣源熱泵的應用現狀和存在的技術問題，以及需要改進的方向進行分析，以實現節能、高效、環保的目的。

1 空氣源熱泵應用現狀分析

1.1發展歷程

目前我們采暖的主要措施就是燃煤取暖，通過加熱暖氣片內的水體，利用水蒸氣進行取暖，或是直接采用地暖供熱。無論是哪種方式，都會大量地消耗煤炭，帶來較為嚴重地空氣污染。也正因此，空氣源熱泵技術應用而生。最開始，在2001年，北京地區率先開啟煤改電工程。在經歷不斷嘗試之后，我們采用了如今的空氣源熱泵技術。繼而，在我國由北京牽頭，率先進行探索和嘗試，不斷深化煤改電工程。2014年，大力推廣直熱式電暖器;2015年，采用蓄能式電暖器;2016年，大力推廣空氣源熱泵且明令禁止使用直熱式電暖器;2017年，綜合前期經驗，對直熱式供熱設備完全禁止，逐步完善蓄能式電暖器，同時也對其使用進行一定的限制，為空氣源熱泵的發展開綠燈。

1.2優缺點

1.2.1缺點

（1）定頻熱泵機組由于制熱量不可調節，當機組的制熱量大、需求的供熱量小時，會導致壓縮機頻繁啟停，使得供水溫度變化引起地面溫度的波動，降 低了熱舒適性。常規的地暖系統管間距較大，與地面總接觸面小，傳熱的效率低，因此蓄熱層地表溫升會比較慢。[1]

（2）盡管空氣源熱泵能夠實現冷暖雙供應，但是安裝條件相較于常見的地暖、太陽能、電熱器等較為復雜苛刻。因為空氣源熱泵更為節能的特點，熱泵資源需要吸收土壤中的太陽能，需要采取較為復雜的安裝方式。它通常會采用打井，輸管等特殊方式，而這樣的安裝條件，更適合庭院、獨立別墅等一些人均財富較高的高檔地區。因此，它的普及性暫時還遠低于燃煤暖氣等常見北方取暖方式。

（3）自身仍然存在較大的技術問題尚未得到完美解決——結霜問題。盡管國內已對該技術進行諸多研究，如高森的全無霜熱泵系統及吸附式除濕法、周國峰的石墨烯電熱涂層抑霜除霜法、以及各類熱力除霜系統、超聲波除霜系統、電場除霜系統等，無論是哪種方法，都會或多或少存在一定的局限性。當熱泵技術運用在我國東北地區、西藏地區等一些嚴冬地區時，除霜這個問題更會被進一步放大。結霜，不僅僅會產生噪音，影響室內溫度，還會使得機器運行效率降低，能量傳輸消耗增加，甚至在一定程度上會減少機器的使用壽命。

1.2.2優點

（1）環保性更高，且更為安全。相較于北方傳統的燃煤式取暖，空氣源熱泵技術拒絕使用煤炭、秸稈等燃料，也就從根本上拒絕了CO、SO2、SO3等有毒性氣體的產生，從而起到環保的效果。同時，太陽能、電能等都可以作為空氣源熱泵的能量來源，也使得我們對能量的要求更低，采用混合式能源供應、間歇性能源供應也使得我們有更多的選擇性，更加利于不同地區的推廣。

（2）節能效果更為顯著。盡管目前研究出來的熱泵技術較為成熟，能源供應系統也是五花八門，但是目前占據主導地位的仍然是運用最為廣泛的電能。空氣源熱泵在制熱時，采用的主要能源還是空氣源中的低溫熱源，電能只是作為輔助能源，用來驅動壓縮機。也正因此，空氣源熱泵在消耗電能上，與中央空調、電熱爐相比，耗電量可謂是相當低，也是普通電鍋爐的四分之一。

（3）末端形式更廣。空調、地暖、地暖機、熱水器等，都可以作為它的末端。也正因此，它的選擇形式更為多樣化，生活化會更加完善，一機多用效果也會更加明顯。對于大型社區來說，一臺機器，多種功能，節能、節資、節源效果也更好。同時，它的智能化極高，內置微電腦的特點，讓它可以輕松實現智能化控制，傻瓜式操作，在社區的應用也會更好地滿足老人和兒童的需求。

2 目前研究重點

2.1除霜

在溫度較低、濕度較大的情況下，空氣源熱泵在運行時，在室外換熱器的表面容易產生結霜現象。霜層對于空氣源熱泵而言，就如同水垢對于鍋爐，隨著霜層的不斷加厚，熱泵內外的能量交換、空氣流通會越來越低，機器的工作性能也會越來越低。在某種程度上可以說，如何高效除霜將決定空氣源熱泵技術能否再上一個臺階。

對于除霜問題，最為常見的就是熱力除霜系統，它主要包括逆循環除霜系統、熱氣旁除霜系統以及蓄能除霜系統。[2]前兩者是我們目前使用最多的方式，就目前來看，這兩者也是除霜效果最好的，但同時也是所需時間最長的。在這兩者的基礎上，又出現了第三種嘗試——蓄能除霜系統。因為它是在逆循環的基礎之上改造而來的，所以它也更為成熟一些。它不僅實現了節時，也實現了節能的效果，使用性能上，效果也更加明顯。

要實現除霜，一個方向是做到善后，也就是抑霜。霜層的形成是因為空氣源熱泵系統在低溫高濕的環境下形成的，所以只要適當空氣濕度問題，那也就是可以做到抑制霜的效果。在這個方向上，主要有液體吸附式除濕裝置和固體吸附式除濕裝置兩種。液體的有點就在于可以連續性地處理大量濕空氣，但也因為是液體的緣故，容易使得除濕液隨空氣而揮發散失，同時也具有一定腐蝕性;固體就較好地解決了前者的問題，同時還兼具節能、操作簡單、成本低的優點。

2.2供能系統改進

在北方的大部分地區，由于冬季夜晚經常出現零下的低溫，這也就為結霜問題提供了一個良好的“溫床”，然而白天又處于相對較為溫暖的環境。這樣一來，就容易造成白天攝能過量，夜晚間歇性工作，所以單一的空氣源熱泵系統并不能滿足一些嚴寒地區。

為解決上述問題，目前已經研發出空氣源熱泵+蓄熱水箱、空氣源熱泵+電鍋爐+蓄熱水箱、空氣源熱泵+水源熱泵等多種混合式供能系統。[3]

3? 結語

傳統的燃煤取暖、供能方式已經在被逐漸淘汰，以空氣源熱泵為核心的新式采暖方式正在崛起。為建設環境友好型社會，我們不得不向著更為節能、更為先進、更為完善的熱泵技術進發，我們也必要對空氣源熱泵進行技術革新。它的應用，不僅僅能實現“無污染、零排放”的目標，也能解決燃煤鍋爐供暖帶來的大氣污染，氣候變暖等環境問題，何理推廣應用，前景將十分廣闊。

參考文獻：

[1]望怡，張小松，夏燚.變頻空氣源熱泵地暖系統蓄熱過程的實驗研究[J].建筑熱能通風空調，2021，40（02）：21-23+20.

[2]孫茹男，羅會龍，李志國，劉兆宇，惠寵.空氣源熱泵供暖技術研究現狀[J].工業安全與環保，2021，47（01）：99-102.

[3]韓衛珍，劉勇，任文晉.空氣源熱泵成為可靠供暖熱源技術的探討[J].山西建筑，2021，47（06）：161-163.

[4]高森，趙兆瑞，陳曦.全無霜空氣源熱泵系統及吸附式除濕方法[J].廣州化學，2021，46（01）：16-24+44.

（華北理工大學冶金與能源學院，河北 唐山063210）