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摘要：空气源热泵作为实现南方城市供暖的供热技术之一，近年来越来越受到人们的关注。随着经济的不断发展，人们的生活水平不断地提高，对居住品质的要求也随之越来越高，在这样的需求推动下，空气源热泵的供暖系统成为了人们研究的对象之一。在本文中，笔者将根据自身的工作经验，对空气源热泵的供暖技术进行详细的分析，并提出自己的一些观点，以期为同行的工作人员提供相关借鉴。
关键词：空气源热泵；供暖；
前言
随着经济的不断发展，人们的生活水平不断地提高。人们对居住、办公环境的品质的要求也随之越来越高。在当下我国的供暖体系中，由于北方的寒冷程度较高，因此在早年间就已经完成了市政供暖系统的敷设与控制。而南方由于供暖需求市场发展得较晚，随着经济体制的转变与生活习惯的转变，南方的市政采暖工程具有一定的难度。在这样的市场大前提下，人们开始设想通过非市政采暖的方式提供冬季舒适的室内环境。基于这样的市场需求，空气源热泵系统作为运用热力学第二定律生产热量的经济设备，又因为能够同时制热制冷，受到了南方地区许多家庭的喜爱，但空气源热泵的末端设备与北方的系统的末端设备又有着不一样的地方，在下文中，笔者将从南北方采暖的主要特点开始入手，详细阐述空气源热泵供暖技术的具体应用情况。
1南北采暖主要特点
北方采暖特点：①集中供暖：集中供暖主要采用两种方式，一种是燃煤、燃油、燃气大型锅炉供暖；另一种中央空调供暖，即热泵供暖。②分户供暖：用热单独计算，如小型气、油锅炉，家用中央空调，壁挂炉，电热膜或接入热力管网等。目前北方仍是以集中供暖或接入热力管网居多，而且以锅炉为主，对环境影响较大。
南方采暖特点：历史原因，一直没有集中供暖设备，为分散采暖，形式多样，主要有三种：①小型家用空调采暖，优点是不受前期基建影响，安装使用方便；缺点是低温会衰减，舒适性偏差。②燃气壁挂炉采暖，以天然气、城市煤气作为燃料，可安装在厨房、阳台等。可加装温控器来调节循环水温，舒适性较好；与生活用水共用一套系统，实现采暖、家用热水一体化；初期投入会稍大，施工会受到基建的影响。③辐射采暖，以地板辐射采暖为主。地板辐射主要实现方式为铺设热水管路、发热电缆、电热膜等。地板辐射采暖的舒适性较高；但前期投入也较高，对设计施工与基建要求也较高。
通过对比可以看出，无论南北都已完全具备热泵采暖的推广条件，北方的集中供暖锅炉基于环境压力替换是发展的趋势，南方的壁挂炉与辐射采暖中的热水完全可以用空气源热泵来代替制取。而且空气源热泵系统本身就具有制冷的作用，这样就可以制冷制热机组为同一套，节约投资。而制约空气源热泵普及的主要原因是低温制热效果衰减的问题。
2空气源热泵基本改善思路
空气源热泵的热源是大气，工质蒸发温度随着室外大气温度变低而降低。①在室外气温低于 3℃的时候，室外换热器的结霜速度加快，需要进行化霜，会导致温度波动；②当低于-5℃的时候，室外换热器中的液态工质蒸发效果变得很差，吸入回气口的气态工质变少，循环流量降低而导致制热效果变差。
（1）对空气源热泵结霜、化霜问题进行研究。通过合理的翅片形式、间距、新型亲水材料、风速，或对室外空气进行除湿干燥预处理，根据气候区域设计热泵减弱结霜。结合模糊控制技术，更智能除霜控制方法来加快化霜。采用热气旁通，冷媒加热，特殊材料相变蓄热等不停机化霜技术来减轻化霜波动。
（2）针对空气源热泵低温蒸发效果变差，循环工质流量变小的问题选择适合的强化制热技术方案。如低温工质，喷气准双级压缩技术，双级耦合技术等。
（3）进行节能研究，加强计算机模拟在空气源热泵系统中的应用。借助计算机技术，提高压缩机技术指标，优化室内外换热器在最理想的温度下运行供热系统。
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3空气源热泵在我国暖通空调中的应用展望
3.1采取强化制热技术方案
3.1.1变频压缩机+喷气增焓技术
为了改善低温制热循环流量变少的问题，一般通过变频压缩机提高频率来增大循环流量，其改善效果有限；另一方面可采用喷气技术，冷凝器后的制冷剂液体抽取一部分节流后与中间换热器换热或者进入闪蒸器分离后直接回到压缩机的喷气口，与从回气口吸入被压缩的到一定程度的气体混合后再压缩到更高的压力排出，这样就增加了排气量，相当于变相的解决了低温室外换热器蒸发效果变差，循环气量不足的问题。研究表明喷气系统比普通系统可提高制冷制热量 15-30%，尤其在高温制冷与低温制热量上改善明显，同时能提高系统能效 8-18%。目前变频喷气增焓热泵可以实现-30℃安全运行，-15℃强劲制热，出水温度可达 65℃，这样就使空气源热泵从南方的-5℃拓宽到我国大部分的北方寒冷地区。该方案系统成本提高不多，仅是热泵机组设计上的增加，在替换锅炉时暖通空调系统设计基本无需改变，改造升级方便。其可靠性与节能效果已在欧洲与我国北方的一些案例中得到了验证，在我国具有很好的推广前景。
3.1.2 CO2 热泵技术
在热泵系统中，CO2 是最有潜力的天然工质。其对环境无害 ODP= 0，GWP=1；廉价；无毒，不可燃；单位容积制冷量高；跨临界系统冷却时温度滑移可以与变温热源较好的匹配；跨临界循环的压比小，COP会好。能提供 85℃以上的热水，用于暖通空调采暖中具有十分明显的优势，可以接北方集中采暖散热器；同时因工作压力太高，大功率、大制热量机组实现起来较难。 CO2 热泵在日本已经成功商业化并在向国外推销，未来几年内 CO2 热泵将会是行业关注的焦点。
3.2采取一些节能环保的组合采暖技术方案
3.2.1空气源热泵+地板辐射
地板辐射采暖作为舒适性程度相对较高的采暖系统之一，对热泵的技术要求也相对较高。在地板采暖系统中温度的控制是机位重要的。运行的供回水温度一般以50℃-40℃为标准，此外，由于地暖管相对较为复杂，因此管道中运行的压力也有着一定的要求。空气源热泵作为一体化的设备，不仅能够通过变频压缩机的控制调控地板的水温，同时还能通过内置的水泵系统为地暖设备提供一个稳定的压力。因此，空气源热泵+地板辐射采暖的供暖模式是十分实用的。
3.2.2空气源热泵+小温差风机盘管
南方夏热冬冷地区，传统的风机盘管大多是吊顶形式，以夏季制冷为主而设计，冬季采暖时，舒适性差；为了保证效果，供暖送风温度较高，浪费大。根据热空气上升，活动区域与功能有针对性设计落地式小温差换热末端的系统，可以降低送风温度。其具有空气流量大、温差小、换热高效的优点，降低了对水温的要求，仅需 30℃以上的热水即可实现供热，且温度均匀。相比市面上其他供暖末端，小温差换热末端虽然没有地暖舒适，但启动时间比地暖更短、响应快，利于节能，同时还具有布置方式更灵活的优点。
3.2.3空气源热泵+太阳能
空气源热泵加太阳能是一种理想的组合方案。在白天可利用太阳能加热水。在夜间或阴雨天没有太阳时，启动空气源热泵供热，将太阳能产生的低温热水加热至供水要求，实现了太阳能零能耗加空气源热泵低能耗的有效结合。通过选用高效集热器，智能判断气温变化，系统循环保温，分室分时段控制，太阳能和空气源热泵智能切换等措施后，采暖系统太阳能的供献率可达 40%以上，十分节能。另外二者均在相对比较稳定的条件下运行，能保证全年全天候工作。我国幅员辽阔，太阳能资源相当丰富，约有三分之二以上的地区太阳能资源较好；绝大多数地区年平均日辐射量在 4kWh/m2 以上，有着可利用太阳能的天然条件。
结语
在本文中，笔者仅从自己的角度出发，分析并讨论了南北方供暖方式的差异，并提供了空气源热泵供暖技术的应用方案，希望这篇文章能起到抛砖引玉的作用，引发读者更多的思考。
参考文献
［1］刘强，樊水冲，何珊．喷气增焓涡旋压缩机在空气源热泵热水器中的应用[J]．流体机械，2008,36(9).
［2］张川，陈金峰，王如竹．上海地区空气源热泵结合小温差换热风机盘管末端的供暖空调系统性能的实验研究[J]．制冷技术，2014(1).
［3］林康立．太阳能与空气源热泵结合的热水工程设计及技术经济比较[J]．制冷技术，2009(1).
论文作者:付珍
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2017年第8期
论文发表时间:2017/8/16
标签：空气论文; 采暖论文; 源热泵论文; 技术论文; 系统论文; 工质论文; 太阳能论文; 《建筑学研究前沿》2017年第8期论文;