-35℃低溫不再是障礙！6大技術(shù)使空氣源熱泵戰(zhàn)勝嚴(yán)寒

中國的空氣源熱泵技術(shù)目前處于際先地位。近年來通過新的壓縮機(jī)技術(shù)、變頻技術(shù)和新的系統(tǒng)形式，已經(jīng)把空氣源熱泵的適用范圍擴(kuò)展到-35℃乃至更低的低溫環(huán)境。這就使得空氣源熱泵在絕大多數(shù)地區(qū)都可效制熱。
 

　　目前，已應(yīng)用的低溫空氣源熱泵技術(shù)主要包括以下幾個方面。

　　1.變頻技術(shù)

　　制冷劑單位容積制熱量下降是制熱量衰減的主要原因，因此增大壓縮機(jī)的實(shí)際輸氣量，是解決空氣源熱泵制熱量衰減的有效措施。

　　壓縮機(jī)變頻（變轉(zhuǎn)速）技術(shù)能夠在壓縮機(jī)氣缸工作容積不變的情況下，通過提高壓縮機(jī)的運(yùn)行頻率，來達(dá)到增大壓縮機(jī)實(shí)際輸氣量的目的，從而有效減緩制熱量衰減幅度。

　　變頻技術(shù)已成為空氣源熱泵制熱量衰減的重要解決措施之一，在實(shí)際應(yīng)用中根據(jù)室外環(huán)境溫度和室內(nèi)設(shè)定溫度，來調(diào)節(jié)壓縮機(jī)運(yùn)行頻率以緩解熱量供需矛盾。

　　2.準(zhǔn)二級壓縮技術(shù)

　　準(zhǔn)二級壓縮技術(shù)早應(yīng)用于螺桿壓縮機(jī)。在國內(nèi)，20世紀(jì)80年代中期就有學(xué)者進(jìn)行了帶經(jīng)濟(jì)器的準(zhǔn)二級壓縮系統(tǒng)的研究，并在螺桿機(jī)組中得到成功應(yīng)用。研究指出這種系統(tǒng)在低溫環(huán)境下的節(jié)能效果顯著，在-30℃的低溫環(huán)境下，該系統(tǒng)完全可以取代雙級壓縮系統(tǒng)。

　　由于螺桿機(jī)組容量一般較大，同時這種系統(tǒng)相對于單級壓縮系統(tǒng)的優(yōu)勢隨著蒸發(fā)溫度的上升逐漸下降，因此這種準(zhǔn)二級壓縮的研究長期以來一直局限于低溫制熱，其制冷工況的可行性一直未能得到足夠的關(guān)注。

　　采用帶中間補(bǔ)氣口的渦旋式壓縮機(jī)的空氣源熱泵系統(tǒng)，提高了低溫制熱量和COP，是目前應(yīng)用為廣泛且被反復(fù)證明的技術(shù)手段。與普通空氣源熱泵機(jī)組相比，準(zhǔn)二級壓縮空氣源熱泵系統(tǒng)機(jī)組具有以下兩個突出特點(diǎn):

　　1）壓縮機(jī)上設(shè)有中間補(bǔ)氣口，通過輔路補(bǔ)入中溫中壓制冷劑，既增加了流經(jīng)冷凝器的制冷劑循環(huán)流量，又降低了蒸發(fā)器入口的制冷劑比焓，從而提升低環(huán)境溫度下的系統(tǒng)性能。

　　2）通過關(guān)/開輔路上的節(jié)流裝置，可以實(shí)現(xiàn)單級壓縮熱泵系統(tǒng)和準(zhǔn)二級壓縮機(jī)熱泵系統(tǒng)的切換，既能夠確保常溫工況下的系統(tǒng)性能，又能夠確保在室外低環(huán)境溫度下的安全、可靠運(yùn)行。

　　采用渦旋式制冷壓縮機(jī)的準(zhǔn)二級壓縮技術(shù)已成功應(yīng)用于低溫空氣源熱泵系統(tǒng)中，其低溫制熱性能相比于單級壓縮系統(tǒng)提升幅度明顯，在-15℃室外環(huán)境溫度下制熱量提升20%以上。

　　除了在渦旋式制冷壓縮機(jī)和螺桿式制冷壓縮機(jī)上實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)二級壓縮之外，在單級滾動轉(zhuǎn)子式制冷壓縮機(jī)上也可以實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)二級壓縮，這種類型的壓縮機(jī)稱為準(zhǔn)二級滾動轉(zhuǎn)子式制冷壓縮機(jī)。它是在單級滾動轉(zhuǎn)子式制冷壓縮機(jī)的氣缸上增加中間補(bǔ)氣口，由中間補(bǔ)氣口吸入中壓氣體，并通過設(shè)置在補(bǔ)氣口上的補(bǔ)氣閥來控制中間補(bǔ)氣口氣流的通斷。

　　3.單機(jī)雙級壓縮技術(shù)

　　目前，在小型單機(jī)雙級壓縮空氣源熱泵系統(tǒng)中，大多使用滾動轉(zhuǎn)子式制冷壓縮機(jī)。

　　與采用準(zhǔn)二級渦旋式制冷壓縮機(jī)和準(zhǔn)二級滾動轉(zhuǎn)子式制冷壓縮機(jī)的空氣源熱泵系統(tǒng)相比，雙缸雙級滾動轉(zhuǎn)子式制冷壓縮機(jī)空氣源熱泵系統(tǒng)具有以下優(yōu)勢:

　　1）中間補(bǔ)氣量大于準(zhǔn)二級系統(tǒng)，有利于提高制熱量和降低排氣溫度。

　　實(shí)際結(jié)果表明，在室外環(huán)境溫度為-15℃時，設(shè)計(jì)良好冷凝器的雙級壓縮空氣源熱泵系統(tǒng)的制熱量與常規(guī)一級節(jié)流裝置高壓級氣缸單級壓縮空氣源熱泵系統(tǒng)相比提升幅度可達(dá)40%，高于準(zhǔn)二級壓縮空氣源熱泵系統(tǒng)制熱量的提升幅度。

　　2）壓縮機(jī)的總壓力比由低、高壓級氣缸分擔(dān)，使得每級氣缸的壓力比顯著減小，提高了壓縮機(jī)的容積效率和等熵效率，有利于提高熱泵制熱量和COP。

　　4.雙機(jī)雙級壓縮技術(shù)

　　為了實(shí)現(xiàn)空氣源熱泵在不采用電輔熱等情況下滿足寒冷地區(qū)冬季供熱需求，采用兩個壓縮機(jī)串聯(lián)的雙機(jī)雙級壓縮空氣源熱泵系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生。

　　采用雙機(jī)雙級壓縮的空氣源熱泵可以切換為普通單級壓縮運(yùn)行模式，也可以切換為雙級壓縮運(yùn)行模式，這樣既可以滿足常溫工況下的制熱運(yùn)行要求，又能在-18℃的低溫環(huán)境中穩(wěn)定、可靠地長期運(yùn)行，壓縮機(jī)排氣溫度始終低于130℃，能夠在沒有電輔熱等條件下滿足寒冷地區(qū)冬季供熱需求，且具有較高的COP。

　　5.雙級耦合熱泵技術(shù)

　　雙級耦合熱泵系統(tǒng)由空氣-水熱泵系統(tǒng)與水-水熱泵系統(tǒng)組成，分別為一級和二級。

　　在室外環(huán)境溫度較高時，二級（水-水）熱泵系統(tǒng)不工作，一級（空氣-水）熱泵系統(tǒng)工作，制取的熱水由水泵輸送到末端（風(fēng)機(jī)盤管或地板供熱），在末端放熱后返回到一級熱泵系統(tǒng)的冷凝器中。

　　在室外環(huán)境溫度較低時，一級（空氣-水）熱泵系統(tǒng)和二級（水-水）熱泵系統(tǒng)均工作，兩個三通閥均換向，一級熱泵系統(tǒng)制取的10~20℃低溫?zé)崴伤幂斔椭炼墴岜孟到y(tǒng)的蒸發(fā)器中，[熱泵市場水印]二級熱泵系統(tǒng)從低溫?zé)崴形諢崃亢笾迫「邷責(zé)崴?，并由水泵輸送至末端，在末端放熱后返回到二級熱泵系統(tǒng)的冷凝器中。

　　在低溫及超低溫工況下，雙級耦合熱泵系統(tǒng)制熱運(yùn)行時具有較高的制熱量和COP，以及較低的排氣溫度。

　　與雙機(jī)雙級壓縮熱泵系統(tǒng)相比，由于增加換熱環(huán)節(jié)會導(dǎo)致?lián)Q熱損失增加，且無中間補(bǔ)氣過程，因此，雙級耦合熱泵系統(tǒng)制熱量和COP均相對較低，排氣溫度相對較高，但系統(tǒng)運(yùn)行控制相對簡單。

　　6.復(fù)疊熱泵技術(shù)

　　復(fù)疊熱泵系統(tǒng)由兩個相對獨(dú)立的單級壓縮熱泵子循環(huán)（分別為高溫級循環(huán)和低溫級循環(huán)）通過冷凝蒸發(fā)器耦合而成。一般而言，高溫級循環(huán)使用中溫制冷劑，低溫級循環(huán)使用低溫制冷劑。

　　與普通單級壓縮熱泵系統(tǒng)相比，復(fù)疊熱泵系統(tǒng)的低溫級循環(huán)和高溫級循環(huán)壓縮機(jī)的壓力比顯著降低，同時低溫級循環(huán)冷凝器出口的制冷劑溫度明顯降低，因此低溫制熱運(yùn)行時具有較高的制熱量和COP，以及較低的排氣溫度。

　　與準(zhǔn)二級或雙級壓縮熱泵系統(tǒng)相比，由于增加了冷凝蒸發(fā)器換熱環(huán)節(jié)所以會導(dǎo)致不可逆損失的增加，制熱量和COP相對較低，排氣溫度相對較高。