第四章空气源热泵

1、导管 2、电磁线圈
3、主阀体
4、主连接管
5、阀芯


柜式热泵空调机组外形图（图4-3） 讲解：柜式机组流程图（图4-4）
图4-4 柜式热泵空调机组流程图

说明：空气/空气热泵机组若是一台室外机对应一 台室内机的，常称为一拖一系统。多联（一拖多） 系统分体式空调机是一种只用一台室外机组带动多 台室内机组的系统，其室内机与一拖一的完全一样 ，但室外机一般较一拖一的要大一些，其工作原理 与一拖一的类似。
图4-12 空气源热泵热水器的工作原理
空气源热泵热水器的特点：
高效节能：COP在3～5，E在0.9～1.5。
环保无污染； 运行安全可靠； 使用寿命长； 使用范围广； 应配备辅助加热或蓄热装置。
§4-2


空气源热泵机组的运行特性
一、变工况特性
热泵制热量、功率等随运行工况的变化规律 LSQFR-130机组制热量、耗功与进风温度和供水温度 的关系（P104，图4-15）
二、空气源热泵机组供热最佳平衡点的确定
1、最佳能量平衡点
•


说明：以电锅炉为辅助热源，用供热季节性能系数 （HSPF）来评价热泵性能，较热泵制热性能系数更为 合理。 定义式： HSPF=（整个供热季节采暖房间的耗热量）/（整个供 热季节消耗的总能量） 计算式： HSPF =（供热季节热泵供给的总热量+供热季节辅助 加热量）/（供热季节热泵的总耗功量+辅助加热总耗 能+曲轴箱加热总耗能） (P116，公式4-4)
•
3、最佳经济平衡点
•
说明：即如果按此平衡点来选择机组和辅助热 源，能够使整个供热系统（热泵+辅助热源）的 初投资和运行费最少。 讲解：影响最佳经济平衡点的因素有气候特性、 负荷特性、能源价格、主机设备价格等，其中 气候特性和能源价格是最主要因素。
•
三、辅助加热与能量调节
1、辅助加热 加热方式：主要有电加热、燃料加热和蓄热器 加热（用非峰值电力来储存的热量）。 讲解：单级和两级辅助加热的运行方式，图428 。 2、能量调节 调节方式： ①有级能量调节（多台压缩机台数 调节法，往复式压缩机的气缸卸载调节法等）； ②无级能量调节（螺杆式压缩机利用滑阀调节， 小型压缩机的变频调节等）。
二、改善热泵低温运行特性的技术措施




（P106~109，图4-16~4-24）
解决途径：
一是延缓室外侧换热器结霜，二是选择良好 的除霜方法。
二、延缓结霜的技术



增加一个辅助的室外换热器； 在室内换热器中设置一个电加热器； 改进系统，采用蓄能热气除霜系统； 对换热器表面进行特殊处理； 适当增大室外换热器通过空气的流量，减少 空气的温降，可减少结霜的危险。
一、热泵的平衡点与平衡点温度
2、平衡点温度的确定



平衡点选择过低，则热泵机组相对要大，辅助热源较小，导 致系统初投资大幅度提高；机组长期运行在部分负荷下，效 率低，运行费用高。 平衡点选择过高，则热泵机组相对较小，辅助热源过大，不 能充分发挥热泵的节能效果，不利于节能。 平衡点与三个方面因素有关：一是热泵机组本身的机械特性、 热工特性；二是建筑物的围护结构与负荷特性；三是当地的 气候条件。导致在实际设计中，合理选择机组的平衡点极其 困难。
图4-28 具有辅助加热的热泵运行负荷
(a)具有单级辅助加热的热泵，(b)具有两级辅助加热的热泵
§4-5

空气源热泵的低温适应性
一 、空气源热泵在寒冷地区存在的问题
当需要的热量比较大的时候，空气源热泵在寒冷地区应用的可靠性差 在低温环境下，空气源热泵的能效比（EER）会 急速下降。
在低温工况下，加大压缩机的容量。 采用喷液旁通技术（螺杆机、涡旋机） 加大室外换热器的面积和风量 采用适用于寒冷气候的热泵循环（图4-31~4-40）
2、空气源热泵热水器



一种利用空气作为低温热源来制取生活及 采暖热水的热泵热水器，主要由封闭的热 泵循环系统和水箱组成（P100，图4-11） 讲解：热水器工作原理图（图4-12） 说明：空气源热泵热水器的特点：高效节 能、环保无污染、运行安全可靠、使用寿 命长、适用范围广，但应考虑冬季运行时 室外温度过低及结霜对机组性能的影响。
多联机示意图
二、空气/水热泵机组

空气/水热泵机组产品目前有空气源热泵 冷热水机组和空气源热泵热水器
主要由压缩机、空气侧换热器、水侧换热 器、节流机构等组成（P98，图4-8） 讲解：机组制冷剂流程图（图4-10） 说明：空气源热泵冷热水机组作为空调冷 热源，其优势在于：①冬夏共用，设备利 用率高；②省去了一套冷却水系统；③不 需另设锅炉房；④机组可布置在室外，节 省机房的建筑面积；⑤安装使用方便；⑥ 不污染空气，有利于环保。因此该机组在 气候适宜地区的中小型建筑中得到了广泛 地应用。
LSQFR-130机组制热量、耗功与进风 温度和供水温度的关系
§4-3
空气源热泵的结霜与融霜
一 、结霜的原因与危害 1、结霜的过程
霜的形成大致可分为三个时期，即结晶生长期、霜层
生长期和霜层充分生长期。
2、结霜的危害

少量结霜会使换热器表面变粗糙，可能在某一时间内
改善换热器的性能，但影响较小。 大量结霜将使换热器的传热热阻增大，同时，空气通 过换热器的阻力也增大，导致通过蒸发器的风量减少， 二者的结果均使热泵的性能降低。
4、结霜时蒸发温度与大气温度的温差（热阻增加） 会加大，根据这一变化来控制除霜，反映了结霜后， 机组工作特性产生的影响。但仅根据一个量的变化 进行判断也会有误动作产生。 5、最大平均制热量法控制除霜：以热泵机组能产 生最大供热效果为目标来进行除霜控制，这一除霜 方法具有理论意义，但实际实施有一定困难。 6、模糊智能控制除霜法：将模糊控制技术引入到 空气源热泵机组的除霜控制中。使除霜控制自动适 应机组工作环境的变化，达到智能除霜。但制定控 制规则需要的工作量太大。

图4-2 热泵型分体式空调器原理图
电磁换向阀（电磁四通阀）
（1）作用：控制、改变制冷剂流向，使系统由制冷工况 向热泵工况转变。
（2）应用：主要用于热泵型空调器。
（3）结构
电磁换向阀实现制冷、制热转换的原理：
通过电磁线圈通电，使阀芯左移或右移，以形 成管路方向改变，导致室内、外换热器对换的结果。

§4-4
空气源热泵机组的最佳平衡点
一、热泵的平衡点与平衡点温度 1、平衡点温度

说明：机组所提供的实际供热量曲线与建筑物热 负荷曲线的交点O称为空气源热泵的平衡点，此 时，机组所提供的热量与建筑物所需热负荷恰好 相等，该点所对应的室外温度称为平衡点温度。 （Q~t 图示）
热量
温度
图4-27 空气源热泵的稳态供热量Qs、实际供热量Qf、 建筑物热负荷Ql随温度的变化示意图
热兼蓄热、余热蓄能、释能除霜、快速恢复制 热等多工况之间的转化 。图4-25


电热除霜（在室外换热器肋片上，嵌入电热丝 或在肋片上穿入电热管。） 热水除霜（在室外换热器中布置热水管）
电热管的布置方式
四、除霜控制方式


1、定时除霜法：在设定时间时，往往考虑了最恶劣的工作 环境条件，因此必然产生不必要的除霜动作。 2、时间-温度法：检测元件检测到换热器肋片表面温度及热 泵制热时间均达到设定值，开始除霜。比定时除霜法有进步， 部分的考虑了机组工作环境温度的影响，不能兼顾环境温度 和湿度的变化，仍会出现多余的除霜动作，或者也会在需要 除霜时而不发出除霜的信号。 3、空气压差除霜控制法：由于蒸发器表面结霜，会增大蒸 发器两侧的空气压差，通过检测蒸发器两侧的空气压差，确 定是否需要除霜，这种方法可以实现根据需要除霜，但在蒸 发器表面有异物遮挡或严重积灰时，会出现误动作。
1、最佳能量平衡点

分析：HSPF与热泵的容量有关，热泵容量小，则辅 助电加热就增加，显然HSPF会减少；但是热泵容量 太大，不仅设备费用增加，而且设备经常在部分负 荷时工作，效率较低，同样会使HSPF减少。
说明：当建筑围护结特性、热泵机组的特性确定后， HSPF只与平衡点温度有关。 讲解：由最大HSPF（P117，式4-5），确定最佳能量 平衡点温度（Tb）。
第四章 空气源热泵空调系统
§4-1 §4-2 §4-3 §4-4 §4-5
空气源热泵机组 ★
空气源热泵机组的运行特性 ★ 空气源热泵的结霜与融霜 ★ 空气源热泵机组的最佳平衡点 ★
空气源热泵的低温适应性 ★
第四章 空气源热泵空调系统
§4-1

空气源热泵机组
一、空气/空气热泵机组
空气/空气热泵机组又称热泵型房间空 调器，按其结构型式主要分为 窗式、 挂壁式、吊顶式、柜式等 。 分体挂壁机结构简图（P93，图4-1） 讲解：热泵型空调器原理图（图4-2） 说明：热泵型空调器常用功能（除湿、 定时、静电过滤、自动送风、 睡眠运 行、热风启动等）
二、当供水温度一定时


说明：热泵的制热量随着环境温度的升高而增加；其 制冷量随着环境温度的升高而减小。但其功率通常情 况下，都是随着环境温度的升高而增大。
说明：热泵的制热量随着供水温度的升高而减少；其 制冷量随着供水温度的升高而增加，但其功率均随着 供水温度的升高而增大。
三、当环境温度一定时

图4-15


2、最小能耗平衡点
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说明：以燃煤（油、气）锅炉为辅助热源，提出 最小能耗平衡点，寻求在整个运行季节的一次能 源利用率最高的温度，作为热泵机组和辅助热源 的开停转换点。
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讲解：由约束条件E热泵=E锅炉（4-6），确定最小 能耗平衡点温度。 运行模式：室外温度高于平衡点温度，运行热泵 机组，低于平衡点温度，关闭热泵机组，辅助热 源全部投入运行。