基于CiteSpace 的空氣源熱泵領域研究熱點及趨勢分析

李思琪，彭佩佩，王海濤

（1.安徽建筑大學環境與能源工程學院；2.安徽建筑大學建筑與規劃學院，安徽 合肥 230000）

空氣源熱泵技術在眾多新能源技術中，具有節能減排的特點，而且運用成本低，加熱性能好，在農業、工商、建筑和日常生活中得到了廣泛的應用。同時，在“煤改電”過程中，空氣源熱泵的推廣和使用，讓“空氣能源”站穩了腳跟，讓消費者有了更多選擇，提高了生活品質追求。空氣源熱泵應用于未來的建筑市場已成為必然的發展趨勢和發展要求，相較國外的一些國家，我國的空氣源熱泵領域研究起步較晚。所以，很有必要對國內外空氣源熱泵的研究現狀進行系統地分析與統計，以總結其研究現狀與發展趨勢。

1 研究方法及數據來源

1.1 研究方法

本文運用CiteSpace 軟件作為研究的可視化工具，對空氣源熱泵領域中的高頻詞匯以及頻次進行統計分析，并繪制文獻的作者機構、關鍵詞圖譜等對空氣源熱泵領域的研究熱點、知識基礎及演進趨勢進行統計分析。

1.2 數據來源

本文的研究數據來源于Web Of Science，篩選Web Of Science 核心文集，檢索主題詞“Air Source Heat Pump”，時間區間選在2012 ～2022 年，得到3624 條搜索結果，在“研究方向”上選擇了“Engineering、、Construction Building Technology、Science Technology Other Topics、Environmental Sciences Ecology”等；在“國家/地區”中篩選發文量在30 以上的國家進行數據精練，得到了1280 篇相關文獻。

2 機構共現圖譜分析

空氣源熱泵研究機構共現圖譜如圖1 所示，圖譜共形成326 個節點，409 條連線。

圖1 2012 ～2022 年空氣源熱泵領域研究機構圖譜

由圖1 可以看出，在空氣源熱泵領域貢獻尤其突出的機構是西安交通大學、清華大學等。研究機構都集中在研究院和高校中。20 世紀50 年代時，天津大學的學者就開始研究熱泵，60 年代開始應用在暖通空調上。西安交通大學的曹峰等2021 年介紹了一種用來優化跨臨界CO2空氣源熱泵熱水器運行的控制方法，將MPC 控制策略應用于ASHP 熱水器中，對其運行性能進行了實時優化。仿真結果證明了MPC 控制器的有效性；宋昱龍等2020 年研究熱氣旁路除霜方法，還進行了了壓力和溫度的動態特性分析及供熱和能耗的能量分析，發現此方法除霜效率良好，適用于空氣源跨臨界CO2熱泵。哈爾濱工業大學的倪龍等2021 年提出了一種新型光譜分流PV/T系統，采用MATLAB 軟件模擬驗證，證明了光譜分流PV/T系統的可行性。

3 熱點領域分析

研究熱點領域如圖2 所示，將關鍵詞共現圖譜進行聚類分析，共得出8 個聚類群。

圖2 2012 ～2022 年空氣源熱泵領域研究關鍵詞聚類圖譜

聚類群0“ground source heat pump”，聚類群3“ground source heat pump”：空氣源熱泵技術與地源熱泵技術等都是近年來節能環保的新興熱泵技術。地源熱泵因為高能效，穩定的運行能力和減少燃料消耗越來越得到人們的青睞，已成為常規普通空調的替代品。但是，地源熱泵地溫的不平衡，會致使土壤溫度的下降還有加熱性能的衰退，這就會導致制冷或制熱性能系數的降低；空氣源熱泵在低溫環境下易結霜，也會影響其運行效率，消耗熱性能，降低能效。而將空氣源熱泵系統與地源熱泵結合能夠降低地源熱泵冷熱不平衡問題，優化運行，減少能耗，成為新的研究熱點領域。能運行空氣源熱泵機組來滿足建筑熱負荷需求,而室外溫度較低時,運行地源熱泵機組,以此空氣源熱泵機組承擔部分建筑熱負荷,減少地源熱泵系統取熱量。

聚類群1“air source heat pump”、 聚類群2“air source”、聚類群7“low 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境下運行時的結霜問題，從結霜影響因素及霜層生長條件出發，改善了一種抑霜表面改性方法，揭示了超疏水技術應用于空氣源熱泵室外機換熱器表面進行有效抑霜的可行性及其實際應用價值；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村散戶的多能互補供暖系統,并對供暖系統進行數值研究,結果表明，生物質-太陽能系統與空氣源熱泵系統之間能夠形成有效的互補；聚類群6“energy level”：吳衛平（2017 年）等人討論并分析了空氣源熱泵在建筑節能中的應用，發現空氣源熱泵的發展可以大大減少資源的過度消耗以及廢棄物的排放,積極響應國家號召,為綠色節能做出社會責任；聚類群8“quasi-two stage compression air source”：曾智（2021 年）等人以補氣增焓準二級壓縮空氣源熱泵熱水器為研究對象研究了補氣壓比對系統制熱量和性能系數（COP）的影響,進行了熱力學分析發現隨著補氣壓比的增加,系統COP 和制熱量均呈現先上升后下降的現象。

4 前沿分析

將關鍵詞共現圖譜使用CiteSpace 軟件Burst 功能，對具有高突變率的詞匯進行探測，如圖3 所示，圖中標有紅色的關鍵詞則被認為是前沿關鍵詞。12 個突現較高的詞如表1 所示。

表1 前十二名高突現詞表

圖3 2012 ～2022 年空氣源熱泵領域研究關鍵詞共現圖譜

基于詞頻分析的關鍵詞共現知識圖譜用于產生熱點領域和前沿學科。

model 突現時間在2012 ～2014 年，由于空氣源熱泵技術成熟度高、節能減排好、實用效果好，在我國北方農村地區廣泛采用。利用軟件建立空氣源熱泵系統的數學模型，并將實測的數據輸入計算機中，并進行了仿真計算得出仿真數據，將算出的模擬數據結果與實測結果進行對比，從而驗證了該系統的可行性。再根據實際環境數據來進行優化，得出最佳方案，對實際應用有很大的幫助。

improvement 的突現時間在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、環境影響低，是一種應用廣泛的節能設備。但是，由于地理條件的限制，濕度過低等氣候條件會造成空調系統的換熱器出現結霜現象，從而影響空調的性能。另外，當它處于高溫高壓狀態時，很容易使壓縮機等設備老化。隨著空氣源熱泵技術的不斷發展和完善，其應用范圍也越來越廣泛，其功能性、智能化、運行穩定性都得到了極大的改善，系統的運行失敗概率也大大減少。

5 結語

（1）通過機構圖譜分析得出，空氣源熱泵領域研究高產機構有西安交通大學、清華大學、香港理工大學、哈爾濱工業大學等，在這些機構中，作者之間都有著合作關系。

（2）在關鍵詞圖譜分析中，可以得出熱點領域有ground 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 等八大領域，這八個熱點領域代表了2012 ～2022 年空氣源熱泵研究者重點關注的方向。

（3）關于研究前沿分析，建立空氣源熱泵系統的數學模型、模擬分析、性能參數、融霜和空氣源熱泵技術的改進等是近10 年的主要研究內容。