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浅谈空气源热泵的应用及研究进展 北京建筑大学 王艺霖 李德英 摘 要：随着我国经济迅猛发展，资源问题和环境问题逐渐突显，这使得合理利用自然 环境，减少能源消耗成为工程设计领域首要问题。在人工环境控制技术日益成熟后，热泵技 术也随之发展。空气源热泵具有一机两用、高效节能、使用方便和不污染环境的特点，在我 国得到了迅速的推广。本文介绍了空气源热泵的发展应用，以及在低温环境下所引发的问题， 并针对其问题展开研究解决措施。 关键词：热泵技术、空气源热泵、低温环境、除霜技术 前言 空气，作为一种可再生清洁能源，与土壤源、水源相比，没有地域的限制，且不污染地 下水源，初安装投资相对较低、占地少、操作方便无需技术人员，这似乎让人觉得他是一种 最完美的形式了。 空气源热泵的工作原理是热力学第一定律。其实质是能量守恒和转换定律。空气源热泵 就是自低温空气中吸收热能，利用所耗能量驱使其吸收的热能输送给高温热源。空气源热泵 机组由多个单元组成，主要包括蒸发器、冷凝器、压缩机、膨胀阀、四通换向阀、贮液器， 油气分离器、气液分离器等。整个热泵系统还应该有循环水箱、生活用热水箱和风机盘管等 末端设备。这一产品利用全封闭式压缩机驱动环保工作介质，使其在独立密封的工作回路里 循环，利用热平衡式膨胀阀根据热负荷的不同，自动进行动态的流量调节；利用电磁四通换 向阀进行获取冷能和热能的工作模式转换。 空气源节能产品的广泛应用可缓解能源紧张的情况。我国每年用于采暖、空调与生活用 热水系统占全国能源消耗总量的1 5％，采用空气源热泵技术可以节能50％以上。空气源节 能产品在工业用热水、蒸汽行业的大量运用也取得了可观的节能效果，在输变电行业的运用 可以显著提高效率，也相当于节能。空气源节能产品的广泛应用可改善温室效应。空气源节 能产品大部分工作时段都是在吸收空气的热量，实际上也是在给大气进行物理降温，空气源 产品在正常工作时温室效应气体零排放。如果全国范围内广泛使用空气源节能产品，每年可 以节能上亿吨标准煤，节能1 亿吨标准煤相当于少向大气中排放近4 亿吨的二氧化碳气体。 空气源热泵的存在问题如下： (1)发展规模受到限制。由于空气源热泵空气侧的换热器体积庞大，而供热面积却相对 较小，所以空气源热泵一般适用于中小型公共建筑。 （2）除霜问题。当空气源热泵室外换热器表面温度低于湿空气露点且低于冰点的时候， 会产生结霜现象。这样会对设备产生极其恶劣的破坏作用。这对其运行环境有了一定的限制。 （3）寒冷天气时压缩机的回气量问题。空气源热泵在低温环境运行时蒸发压力很低， 对一般的制冷机来说其比热容也会大幅度的下降，返回压缩机的质量流量也会大大的下降， 由此引发一系列的危险。现在很多系统多采用增补回气的方法避免恶性事故的发生。 众多学者针对以上问题展开广泛的研究，研究的热点主要集中在多热源热泵研究、压缩 机性能优化与除霜技术等。 图1.空气源热泵外观 图2.空气源热泵机构图 一、太阳能空气源热泵 由于热泵从室外吸取热量后传到室内，当室外温度较低时，不能获取满足需求的热量。 为解决供热不足的问题，需要外加辅助热源。主要的方式有：电加热、小型锅炉及太阳能等。 电加热原理简单，安装方便，效果明显，但电耗高，能效比低；小型锅炉设备投资大，不利 于环保，安装不方便；太阳能作为免费的可再生环保能源，具有作为辅助热源的天然优势， 但受气候、区域等条件影响较大，具有间歇性。将太阳能集热器作为热泵的蒸发器，使两者 的优势互补。 兰州理工大学卫涛敏 [1]依据兰州的气象条件对低温热泵进行模拟实验，结果表明：当 室外温度为-20℃时，普通空气源热泵的COP 较低，能耗几乎等同于电加热。当室外温度为 ０℃时，制取等量热水，太阳能辅助空气源热泵热水器分别比标准煤、电加热和单独空气源 热泵热水器节能53.7%，82.1%和42.8%，从模拟的角度给出了太阳能辅助热泵在一定条件下 更加节能的证明。清华大学李先庭等 [2]对太阳能热泵系统进行了改进：①将太阳能集热板 与热泵蒸发器结合在一起。当太阳辐射较高时，采用集热板而关闭蒸发器风机，系统以太阳 能集热方式运行；当无太阳辐射时，开启风机，变成普通热泵系统；当太阳辐射较低且环境 温度较高时，蒸发器集热板与风机同时运行，变成太阳能热泵系统。②热量转移采用热管与 热泵两种模式，