低溫氣候空氣源熱泵技術分析

李 爽

（冰山冷熱科技股份有限公司，遼寧 大連 116630）

根據現階段我國低溫區域的空氣源熱泵相關領域的發展情況來講，針對空氣的壓縮環節進行的改良和發展是研究開發的重點和焦點問題，能夠有效提升壓縮機裝置可以維持的工作穩定性，確保該設備能夠處于低溫的工作環境之下長時間平穩地工作，不過空氣源熱泵裝置作為一個比較復雜的系統裝置，有可能對其形成各類制約和影響的要素有很多，例如系統中的冷凝器裝置與蒸發器裝置可能對其工作過程產生比較直接的影響，針對現階段的實際情況來講，對其單獨方面進行的相關改進和提升是遠遠不能滿足其使用實際的，再加上設備有關的除霜問題，需要適當的解決方案，這樣的情況就需要相關工程技術人員在空氣源熱泵系統裝置的方方面面的情況來實施分析和討論，從而對于空氣源熱泵系統裝置產生有效的改進和提升[1]。空氣源熱泵系統如圖1所示。

圖1 空氣源熱泵系統

1 低溫環境對于空氣源類型熱泵裝置工作指標的各類影響

1.1 對蒸發器裝置的主要影響

蒸發器裝置屬于空氣源類型熱泵裝置系統內最為關鍵的構成部分，蒸發器裝置工作的情況可以對空氣源熱泵裝置系統的工作產生最為直接的影響，低溫環境對蒸發器裝置的影響和制約主要可以分成如下幾類：第一，翅片部位設計如果不科學將會造成頻繁結霜的結果；第二，有關制冷劑物質的流向方面的設計、風扇部件的位置排布所能造成的換熱效果不均衡可能最終形成結霜的結果；第三，分液不均衡可能造成制冷劑物質的流量分布不均。這三個層面的主要問題如下。第一，針對翅片部位的問題，一般應用蒸發器裝置是為了壓縮系統整體的體積打下，設計人員往往會將翅片裝置的間距設置得相對較小，盡管這個操作能夠有效增加單位換熱區域的面積數值，不過在面積增加的同時，也將造成蒸發器裝置的結霜情況加劇，還可能由于積水問題的產生而造成結冰的現象，進而對于蒸發器裝置的工作帶來很多不利的影響。第二，針對制冷劑物質的流向方面的設計，一般情況下，制冷劑物質會和空氣流動呈現出反向的結果，而且不同的流動方向所能帶來的性能不同也是非常明顯的，如果處在制熱過程的工作階段，制冷劑物質將在換熱器裝置的出氣口位置表現出比較明顯的溫差，造成翅片裝置結霜情況更為嚴重，并且還會發生結冰的問題，因此在規劃設計的過程中工程設計人員必須全方位考慮如何應對嚴重結霜以及如何科學除霜的問題。針對常規的蒸發器裝置通常是根據最大的換熱量來進行全面的衡量，往往可以使用多路進行供液的方案，不過在低溫的環境之下有可能導致分液不平均的情況發生，容易干擾既定程序的平穩工作和運行。空氣源熱泵系統蒸發器如圖2所示。

圖2 空氣源熱泵系統蒸發器

1.2 冷凝器裝置主要問題的研究

當空氣源類型熱泵裝置系統工作在符合壓縮機裝置排氣的溫度條件的時候，如果環境溫度變得更高，造成進到冷凝器裝置的氣體的實際溫度大于系統設定的溫度數值，并且因為冷凝器裝置的主要工作原理和常規的設計思路存在諸多差異，進而對于冷凝器裝置的實際作用效果的發揮產生了一定程度的限制，造成換熱的情況顯著降低，對于空氣源類型熱泵裝置系統的各項功能帶來了明顯的下降效果[2]。空氣源熱泵系統冷凝器如圖3所示。

圖3 空氣源熱泵系統冷凝器

2 在低溫環境條件之下空氣源熱泵裝置主要性能的設計思路

2.1 蒸發器裝置的主體結構設計思路

工程設計人員針對蒸發器裝置在低溫環境條件下可能發生的各類情況和需要考慮的各項因素主要包括：翅片部件的間距以及外形、迎風管部件的排列數量以及風速、環境空氣的濕度指標、制冷劑物質流向這幾大類，這些問題屬于比較主要的設計因素。第一點，翅片部件的間距，上文曾經提出過，一般的空氣源類型熱泵裝置系統內的翅片部件的間距設計相對偏小，從而加速了結霜情況的產生，影響了蒸發器裝置的正常的工作，為此經過相關的實驗數據的評估，可得在特定的低溫環境條件之下工作和運行，翅片部件的間距不應該小于1.855 mm，并且針對翅片部件的表面處理環節也非常關鍵，設計人員可以借助外部施加電場的辦法來降低水分移動的速度，可以采用噴疏水以及親水性質的涂料方式來控制系統發生結霜問題的總體時間，經過實際調查可知，應用親水性質的涂料可以顯著地抑制系統霜晶的產生和發展，針對制冷劑物質方面的設計可以在裝置的底盤位置增加加熱設備，不過逆流換熱的模式最好不要使用[3]。

2.2 低溫氣候空氣源熱泵系統相關冷凝器的規劃設計研究

在通常狀況下，針對工作量巨大的工況來講，低溫空氣源熱泵系統相關工程技術人員假如未能使用能夠變頻的裝置，在一般情況下是不需要針對冷凝器實施特殊設計的，然而在低溫的工況下，在運行的過程中產生的熱量肯定比在常規正常工況時下降非常多。因此一般是不會發生冷凝器最大額定功率不足的狀況，然而假如低溫空氣源熱泵系統相關工程技術人員使用了變頻以及多級壓縮等技術模式時，此時要求基于實際運行的狀態進行改變冷凝器散熱面積的計算，然而低溫空氣源熱泵系統相關工程技術人員在計算校核的過程中必須考慮的因素一般包含蒸汽區的氣體換熱、濕蒸汽區的冷凝換熱等等，必須進行詳細計算與校核每一個部分所需要的散熱面積。

2.3 低溫氣候空氣源熱泵系統相關節流裝置的規劃設計研究

現階段在通常狀況下熱泵在正常工作的過程中，相關系統的熱輻射系數的變化的范圍是相當巨大且具有一定規律的，在一般情況下呈現二次雙曲線狀態。然而常規的熱力膨脹閥無法對其實施行之有效的調節與控制，基于此低溫空氣源熱泵系統相關工程技術人員根據相關試驗得出結論，總結出針對低溫熱泵來講最好安裝若干數量的電子膨脹閥，當該設備正常運行達到一定程度時，低溫空氣源熱泵系統相關工程技術人員可以應用雙電子膨脹閥實現精準控制的目的，基于此低溫空氣源熱泵系統，相關工程技術人員再一次針對節流機構的規劃設計過程中，建議在一般情況下使用電子膨脹閥來完成高精準度的調節。

2.4 低溫氣候空氣源熱泵系統相關氣流分離裝置與儲液裝置的規劃設計研究

低溫空氣源熱泵系統相關工程技術人員根據相關重要試驗結果得出，在通常狀況下處于低溫環境條件下的長期人為停機過程是引起制冷劑出現局部的向蒸發器內部發生轉移的原因，當低溫空氣源熱泵系統相關工程技術人員在下一次開啟低溫氣候空氣源熱泵系統的過程當中，就會確保數量眾多的制冷劑相關液體倒流至壓縮機的內部，基于此低溫空氣源熱泵系統，相關工程技術人員是必須在壓縮機前端位置安裝一個氣液分離裝置與雙向節流閥體進行科學合理的處理，低溫空氣源熱泵系統相關工程技術人員對于儲液罐的規劃設計，建議科學合理行之有效地增加低溫氣候空氣源熱泵系統冷凝器的額定最大安全容積使之能夠對應蒸發器的體積無限接近，進而能夠把儲液器進行取消設計。

3 低溫氣候空氣源熱泵系統相關除霜技術及其對應解決方案

3.1 低溫氣候空氣源熱泵系統相關熱氣旁通除霜相關技術研究

低溫空氣源熱泵系統相關工程技術人員針對熱氣旁通除霜來講，是在低溫氣候空氣源熱泵系統內部的壓縮機上部出口位置安裝了一個旁通的止逆閥門，這個經過二次設計以后確定的旁通閥裝置將會與蒸發器的熱源空氣導出進口進行緊密連接，在這種情況下當結霜量達到了最大安全額定參數值以后，低溫空氣源熱泵系統相關工程技術人員就能夠開啟旁通閥裝置，隨后將蒸發器的鼓風機系統進行關閉，這種操作就會導致核心運行壓縮機的最大額定安全排氣通過旁通閥進入至蒸發器，導致蒸發器內部的溫度隨即不斷提升，這種操作就起到了快速除霜的目的。

3.2 低溫氣候空氣源熱泵系統相關電除霜相關技術研究

電除霜的利用在一般情況下指的是低溫空氣源熱泵系統相關工程技術人員在蒸發器的內部設計增加除霜盤管的布置，與此同時，當結霜量到達了一定程度時，該設備能夠直接停止全部正處于工作狀態機組的運行，隨后低溫空氣源熱泵系統相關工程技術人員開啟電加熱裝置從而確保蒸發器的溫度不斷提升，進而在最短的時間內達到除霜的良好效果。

3.3 低溫氣候空氣源熱泵系統相關四通閥門裝置反向除霜技術研究

在通常狀況下低溫空氣源熱泵系統相關工程技術人員所掌握的空氣源熱泵系統可以同時具備制熱和制冷的雙重功能，因此在通常狀況下低溫氣候空氣源熱泵系統中設置四通閥門，以此進行工作狀態的切換，基于此，在現階段四通閥反向除霜技術的使用是非常非常廣泛的，低溫空氣源熱泵系統相關工程技術人員借助四通閥門將變換該裝置的運行狀態能夠將蒸發器轉換成冷凝器，進而大幅提升蒸發器溫度，能夠最大限度地獲得行之有效的除霜的效果。基于上述幾種除霜技術解決方案的描述來講，電除霜就是低溫空氣源熱泵系統相關工程技術人員最佳的技術解決方案，該技術既結合了蒸發器的實際技術額定功率的負載需要而且對于外界環境造成的影響也是非常小的，基于此，根據相關重要試驗得出的數據表明，在除霜方面的規劃與設計，電除霜技術是最行之有效的選擇。

4 結束語

綜上所述，本文通過低溫空氣源熱泵系統相關工程技術人員針對低溫空氣源熱泵系統相關先進技術的深入探索與分析，研究針對在低溫環境條件下熱泵系統工作過程中經常出現的各種問題及其解決方案的規劃設計，首先低溫空氣源熱泵系統相關工程技術人員針對冷凝器與蒸發器的規劃設計進行非常細致的研究，進而得出了在低溫環境條件下需要借助哪種技術模式對其進行全方位的創新與升級，基于此，低溫空氣源熱泵系統相關工程技術人員總結出了電除霜技術與四通閥門反向除霜技術是能夠最大限度地處理在低溫環境條件下結霜嚴重的技術方法，進而通過針對整個低溫氣候熱泵系統的規劃設計來確保該設備更好地適應低溫環境下的工況。