淺析低溫空氣源熱泵技術的應用

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點，就制冷和制熱來看，低溫空氣源熱泵機組的冷熱量和能效比普通機組有所提升，而在面對嚴寒天氣的時候，普通空氣源熱泵機組是無法工作的，制熱量衰減嚴重，制熱效果較差。而低溫空氣源熱泵機組能夠保持正常運行，且確保一定的制熱量，確保制熱效果。

關鍵詞：低溫空氣源熱泵;原理;技術應用

1 低溫空氣源熱泵原理

空氣源熱泵機組由蒸發器、冷凝器、壓縮機、膨脹閥四大主要部件構成封閉系統，其內充注有適量的工質。機組運行基本原理依據是逆卡循環原理：液態工質首先在蒸發器內吸收空氣中的熱量而蒸發形成蒸汽（汽化），汽化潛熱即為所回收熱量，而后經壓縮機壓縮成高溫高壓氣體，進入冷凝器內冷凝成液態（液化）把吸收的熱量發給需要的加熱的水中，液態工質經膨脹閥降壓膨脹后重新回到膨脹閥內，吸收熱量蒸發而完成一個循環，如此往復，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熱泵相比，采用了噴氣增焓系統，噴氣增焓系統是通過噴氣增焓壓縮機優化了中壓段冷媒噴射技術，過中間壓力吸氣孔吸入一部分中間壓力的氣體，與經過部分壓縮的冷媒混合再壓縮，實現以單臺壓縮機實現兩級壓縮，增加了冷凝器中的制冷劑流量，加大了主循環回路的焓差，從而大大提高了壓縮機的效率。利用高效過冷卻器對主循環回路冷媒進行節流前過冷，增大焓差;對輔助回路中經過電子膨脹閥降壓后的低壓低溫冷媒進行適當的預熱，以達到合適的中壓，提供給壓縮機進行二次壓縮。

2 低溫空氣源熱泵在應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，改變了蒸發壓力，也會影響到制冷劑效率。這給技術人員提出了較高的要求，在低溫空氣源熱泵應用過程中，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用。同時，室外溫度降低也會改變系統換熱效率，造成其工作軌道不正常。

2.2 室外蒸發壓力下降

從目前的低溫空氣源熱泵應用狀況來看，還是存在著一些因素影響其運行，室外蒸發壓力下降就是較為常見的因素。從調查數據結果中可以看出，室外蒸發壓力直接影響到壓縮機的輸氣量，因此如果室外蒸發壓力下降，那么在一定程度上就會縮減壓縮機的使用年限。同時，還可能會出現“水錘”現象，影響到系統正常使用，嚴重者會造成電機燒毀。針對這一問題，我國的專家學者進行了深入的研究，進一步提高系統的安全性，也讓低溫空氣源熱泵實現更好的應用。

3 低溫空氣源熱泵技術應用

3.1 兩級壓縮與中間補氣技術

空氣源熱泵技術運用于低溫工況時，室外換熱器的蒸發壓力低，導致單級壓縮系統的壓比大和排氣溫度高，嚴重影響了壓縮機的穩定運行和性能。目前降低壓縮機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氣。兩級壓縮的原理是分2次將蒸發壓力壓到冷凝壓力，從而降低每臺壓縮機的壓比。蒸發壓力通過低級壓縮機壓到中間壓力，經過中間冷卻后降低制冷劑溫度，混合后的氣體經過高級壓縮機壓到冷凝壓力。單級中間補氣系統又稱為準二級壓縮系統，通過中間補氣口將一臺壓縮分為兩級壓縮。經過中冷器（或閃蒸器）后的低溫氣體經過補氣口進入壓縮機，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器兩種方式：中冷器作為一種換熱器，其存在換熱溫差，使進入補氣口的制冷劑溫度較高，系統較易精確控制;閃發器讓進入補氣口的制冷劑更接近飽和狀態，沒有換熱溫差的存在能更有效地降低排氣溫度，但系統不易精確控制。當溫度高于一5℃時，采用單級壓縮系統，因為此時補氣系統的優勢不明顯，而且其電功率高于單級壓縮系統，這是由于其它條件不變時，對于單級壓縮系統，當蒸發壓力降低時壓縮機的吸氣量會下降，從而減小壓縮機的功率消耗，但對于補氣系統而言，雖然其吸氣量減少了，但其補氣量增大了，從而導致壓縮機實際電功率變化不大。在低溫環境下，壓縮機中間補氣系統能夠提升系統的性能。隨著壓縮機補氣量的增加，熱泵系統的制熱量和壓縮機電功率不斷上升，COP值出現先增大后減小，故存在一個COP最大時的最優補氣量。可以通過加大補氣量來提高制熱量，但考慮經濟性時則要控制補氣量，當其補氣量為總流量的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行和提升制熱量，提出準三級式空氣源熱泵系統，其原理是在兩級壓縮系統的基礎上對低壓級壓縮機進行補氣，提高低壓級壓縮機的排氣量，降低其排氣溫度，進而提升熱泵系統的性能。

3.2 復疊循環技術

復疊循環系統由兩個單獨的制冷系統組成，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是用來使低溫部分系統中制冷劑冷卻的，兩個部分通過一個冷凝蒸發器相連接，所以冷凝蒸發器既是高溫部分的蒸發器，又是低溫部分的冷凝器。低溫部分的制冷劑在蒸發器內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 （水或空氣）。變頻壓縮技術是相對于轉速恒定的壓縮技術而言的，其通過一種控制方式或手段使其轉速在一定范圍內連續 調節，能連續改變輸出能量的壓縮技術。其核心是變頻器。變頻器通過改變壓縮機供電頻率，調節壓縮機轉速。依靠壓縮機轉速的快慢達到控制室溫的目的，室溫波動小、電能消耗少，其舒適度大大提高。而運用變頻控制技術的變頻空調，可根據環境溫度自動選擇制熱、制冷和除濕運轉方式，使居室在短時間內迅速達到所需要的溫度并在低轉速、低能耗狀態下以較小的溫差波動，實現了快速、節能和舒適控溫效果。

3.3 空氣源熱泵除霜技術

低溫空氣源熱泵在具體的運用中，會受到霜的影響，造成一些問題的產生，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，影響室內的整體舒適度、甚至由于增加輔助加熱元件，還會造成系統的成本增加，甚至會造成設備可靠受到影響。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研究的不斷深入，除霜技術也得到長足的改善，使得除霜技術性能得到提升，滿足空氣熱源泵除霜的需求。

4 結語

隨著人們生活質量的提高，其對室內環境和溫度有了更高的要求，因此越來越多的空調機或供暖設備被運用到人們的生活和工作中。但是大多空調機或供暖設備在運行的過程中會消耗大量的電能，且會產生對環境有害的其他，造成環境污染，低溫空氣源熱泵是一種新型的空調設備，其能通過吸收空氣中的能量轉換為空調運轉所需的能量，并且其對環境造成的污染較少，因此低溫空氣源熱泵技術符合我國的可持續發展需求。

參考文獻：

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

（作者單位：青島海信日立空調營銷股份有限公司）