低温环境下空气源热泵的研究现状及展望

278理论研究

0　引言

空气源热泵通过少量的高位电能做驱动，将空气中的低位热能进一步提升为高位热能，将空气中的能量加以利用。这一装置具有节能减排、高效无污染的优势，而空气源热泵作为一种新型的产品，在节能减排、降低对化石燃料依赖程度方面将拥有无限的发展潜力。虽然空气源热泵的运行效能比较好，但是在低温环境中空气源热泵系统并不能高效稳定的运行。究其原因，主要有以下几点：随着蒸发温度的降低，压缩比增大，致使排气温度过高，严重的时候可能导致压缩机烧毁；低温环境下，蒸发器表面容易结霜，空气流动阻力不断增加，导致制热量减少，从而导致性能下降；低温下，由于润滑油积存于气液分离器中，而粘度不断增加导致启动失油，进而降低了润滑效果。1　关于低温环境下空气源热泵的国内外研究现状

由于在低温环境下，空气源热泵具有很多的弊端，而国内外的学者对其进行了大量的研究，其中包括以下几个方面：

补气増焓热泵系统能够有效改善低温环境下的制冷效果，进而降低压缩机的排气温度、提高制冷效果，以达到节能减排的目的。有相关学者发现在－10℃~－15℃的低温环境下，补气増焓热泵系统具有良好的制热效果和供暖温度，能够满足北方地区的冬季采暖。但是随着温度的不断升高，补气性能的效果却逐渐变差。在低温环境下，带闪发器的热泵系统比带过冷器的热泵系统更能够满足寒冷地区的供热需求，但是该系统却仅仅适合小型的空气源热泵系统。经过大量的研究现状表明，喷液冷却的压缩机引入辅助换热和性能优良的混合工质之后，空气源热泵系统的低温适应性进一步得到提高，但是该系统的可靠性却没有得到改善，因此补气増焓热泵系统的应用仍需要研究。 双级压缩式热泵循环系统进一步提高了低温环境下的性能，可以有效降低排气温度过高、压力比过大的一系列问题。相关学者通过实验得出了一系列的相关数据：双级压缩式热泵循环系统比单级压缩式热泵循环系统的性能系数更高，但是由于实验环境的局限性和方案实际操作的复杂性，并不能完全证实双级压缩式热泵循环系统的优势。而在实验中，双级压缩式热泵循环系统也暴露出一定的弊端，最佳中间压力也未得到证实，因此在今后的研究中应该倾向于最佳中间压力的相关问题。

复叠式空气源热泵系统将高温制冷剂与低温制冷剂相结合，使其能够在最佳的温度范围内工作，直到目前为止，对于复叠式空气源热泵系统的研究主要以制冷效率为目标，充分利用热力学理论的相关知识，选取最佳的中间冷凝温度。相关学者在研究中发现，复叠式空气源热泵系统相比于其他空气源热泵系统具有一定的发展前景，但是在今后的研究中，需要将更多的精力放在润滑油的高温分解方面。同样，为了解决冷凝换热欠佳的现状，相关学者做了大量的研究和实验，对复叠式空气源热泵系统的动态耦合过程不断优化。

2　对低温环境下空气源热泵的展望 空气源热泵系统具有高效、节能、减排的优势，因此具有无限的市场前景。随着科学技术的不断进步，空气源热泵系统的功能日趋多样，因此对产品的可靠性提出了更高的要求。学者们通过对低温环境下空气源热泵系统的研究，对这一具有无限市场潜力新型技术系统的未来发展做出了展望。

如果过度提高制冷剂将会产生一系列的温室效应，破坏臭氧层，因此必须寻找更高效、环保的适用于低温环境的制冷剂。我国与西方多个国家进行合作，积极制定二氧化碳制冷压缩机的性能测试方法，这将推动我国制冷技术的进一步发展。

我国很多高校对蓄热型热泵做了大量的研究工作，将蓄热技术充分应用于提供能源利用效率和环保方面，以解决热能供给的相关矛盾。有效利用蓄热型热泵技术的利用，能够提高热泵系统的高效运转，将相变材料与热泵技术相结合，发挥各自的优势，进而提高低温环境下空气源热泵系统的性能。

在今后的实践中，将进一步开发适合低温环境下的空气源热泵系统，利用现代科技的发展，完善系统的动态仿真。学者在与相关的实验进行结合之后，对系统不断优化，进而使系统的制热效率和稳定性不断增强。

空气源热泵系统在低温环境中运行，蒸发器表面的面霜导致制热能力不断下降，进而阻碍了空气源热泵系统的稳定性，因此除霜是提高空气源热泵系统在低温环境中性能的有效途径。电热除霜由于操作简单、除霜完全，被广泛使用，但是耗电量大，并不能应用于大型的装置中。逆循环除霜简单易行、除霜效果十分好，但是系统的稳定性极差、得不到有效的控制。众多学者在比较分析之后认为，相变蓄能系统能够缩短除霜时间、能耗较少、系统的稳定性较高，因此在解决除霜技术这一方面这一技术能够更好的应用于实践中。

3　结论

纵观国内外研究，人们对空气源热泵系统有了较深的认识，尤其随着环保意识的增强，致使空气源热泵系统受到更多的关注。但是在实际的推广应用中，低温环境影响了空气源热泵系统的性能。因此，众多的国内外学者分析了低温环境下空气源热泵系统存在的弊端，并提出了相关的改善措施，并作出了积极的展望。为了解决世界环境问题，对空气源热泵系统将作出进一步的研究，并致力于提高其运行性能，进而实现节能减排的目标，为创新型国家探索新的发展道路。

参考文献：

[1]王沣浩,王志华,郑煜鑫,郝吉波.低温环境下空气源热泵的研究现状及展望[J].制冷学报,2013(05):47-54.

[2]黎天标.直凝式空气源热泵地暖系统研究[D].广东工业大学,2016.

作者简介：吴卫平（1959-）,男,山东青岛人,硕士研究生,主要从事企业管理和超低温空气源热泵恒温系统的研究与开发工作。

低温环境下空气源热泵的研究现状及展望

吴卫平,魏忠鑫,窦秀华,吴　琛,赵　彬

（山东阿尔普尔节能装备有限公司,山东 莱芜 271100）

摘　要：空气源热泵作为一种新型的节能减排环保装置，具有十分广泛的应用前景和前途。但是在低温环境下，空气源热泵的工作性能十分不稳定，而且制热效率比较低，这些弊端都阻碍了空气源热泵的进一步推广。本文总结了国内外的研究现状，进一步研究了低温环境下空气源热泵的相关改善措施，分析了相关的数据，并根据最新的研究现状，对今后的研究方向做出了新的展望。

关键词：低温环境；空气源热泵；现状；展望

DOI:10.16640/ki.37-1222/t.2017.18.245