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摘要：随着我国基础设施建设的不断完善，寒冷地区居民的供暖问题成为了社会关注的重点，低环境温度空气源热泵热风机的应运而生，为解决寒冷地区的居民供暖提供了有效的解决方案，因此低温热泵热风机的性能参数也是行业内相关从业人员探讨的重点问题。在本文中，首先对低环境温度空气热源热泵热风机进行了概述，同时对低温热泵热风机与低温热泵热水机加以深入的对比，并在实际的低环境温度工况下，对不同规格的热泵热风机开展了相应的性能试验，得出了低环境温度空气源热泵热风机的性能参数，为热泵热风机的全面推广和广泛应用奠定了良好的实验依托。
关键词：低环境温度；空气源热泵热风机；性能试验；分析
引言：
近年来，随着我国“煤改气”和“煤改电”等工程的开展，很多北方农村地区传统的煤炭供暖方式也逐渐被低环境温度空气源热泵热水机所取代，而低环境温度空气源热泵热风机本身有着更好的性能优势，因此得到了很多专家和学者的广泛关注，并对其进行了相应的性能试验和分析，为热泵热风机的全面发展奠定了更加坚实的基础。
一、低环境温度空气热源热泵热风机概述
低环境温度空气源热泵热风机，是一种利用“逆卡诺循环”的原理，通过制冷剂的循环，以空气为热源进行热量制取的一种采暖设备。只使用少量的电能就可以驱动的热风机，其动力来自于压缩机。在我国北方，冬季最低温度可达-25℃甚至更低，在这种低温条件之下，空气源热泵要进行制热，需要采用补气增焓系统。通过压缩机的做功，机组以制冷剂为载体，吸收空气中的热量，将其转化为高品位热能，从而完成低温向高温的转变，然后将这些高品位热能释放到房间内，从而满足低温条件下使用者的供暖需求。从实际上看，低环境温度空气源热泵热风机的应用意义在于，能够在低温条件下为用户提供热量，满足供暖需求，热泵热风机输入1份电量，可产生2.5份热量，能效比高于电加热和燃气炉等传统供暖设备，满足我国节能降耗的基本原则，因此对低环境温度空气热源热泵热风机的性能加以测试，并对符合需求的热风机进行推广有着较为重要的现实意义[1]。
二、低温热泵热风机与低温热泵热水机的比较与分析
在当前情况下，低温热泵热水机已经成为北京周边地区农村供暖改造的主体选项，环北京区域的不少地区的农村已经开始推广和应用低温热泵热水机进行冬季取暖。对于低环境温度热泵热水机，由于每家每户的安装和使用情况存在着一定的差异性，导致在相同的产品安装之后，供热的效果有所不同。而在安装过程之中，对原供暖管道的清洗也存在着一定的困难，造成供暖效果差异较大。从另一方面来说，热泵热水机使用水作为中间换热介质，而水的蓄热能力较强，低温热泵热水机组在开机之后，房间的温度提升速度较慢，导致很多家庭的供暖效果并不理想。而低温热泵热风机不需要对家庭中的暖气片和管道进行连接，类似分体空调一样，可以直接对室内空气进行加热，房间的升温速度较快，整个安装过程与后期维护管理也更加简单。相关实验表明，低温热泵热风机能够在冬季较低的室外温度下进行正常运行，并可以根据用户的实际需求达到相应的房间温度[2]。
通过对低温热泵热风机的性能测试来看，有保温的房屋建筑，单位面积供暖的季度用电费用在10~12元。因此，这种供暖方式的经济性能够得到有效的保障，能够被我国北方大多数地区所接受。低温热泵热风机的安装维护更加简单方便，有着较为良好的节能效益，实际使用效果也更符合我国北方地区的冬季供暖需求。
三、低温热泵热风机的性能试验分析
对于低环境温度空气源热泵热风机而言，制热性能系数是评价其性能的关键指标。这个系数主要是指在低环境温度下，热泵热风机制热量与耗电量的比值。一般来说，低温热泵热风机包括单热型和冷暖型，而在本次试验中，选取的是单热型低温热泵热风机，能在-25℃到+21℃的温度范围之内正常运行[3]。
根据我国现行“煤改电”热泵的实际要求，热泵热风机要能在-20℃的环境温度下正常运行，在-20℃到-25℃范围内能够不借助电辅热正常启动、稳定运行，因此在进行性能测试时，环境温度应该能达到-25℃[4]。
本次研究的性能试验方法是按照我国2018年颁布的低环境温度空气源热泵热风机的性能标准执行的，所有的测试仪器也与现行的相关标准和规范要求相符。一般来说，低温热泵热风机在制热情况工况下，房间内的热负荷的计算公式如下：
Lh（tj）=φful（-12）X 
在上述公式中，Lh（tj）是在温度为（tj）时，房间的热负荷值，而φful（-12）表示热风机制热量的名义值。房间的热负荷率曲线如图1所示。
图1：热负荷率曲线
制热季节性能系数的实验工况如表1所示，应该根据多个工况点的测试值，对制热季节性能系数加以计算和比较。
在性能试验中，选择6kW（D-80W/M）和9kW（D-120W/M）的低温热泵热风机进行了焓差实验。各个工况点的制热量、输入功率和制热季节性能系数如表2所示。
表1：热泵热风机的制热季节性能系数分析
表2：热泵热风机不同工况点实际制热量、输入功率和制热季节性能系数的对比（W）
根据表2我们可以看到，两台低温热泵热风机的制热季节性能系数都在3.30 W*h/（W*h）左右。从各个工况点对应的COP曲线（如图2所示）我们也可以看到，在工况点A以下，其制热性能系数在2.0W/W附近；而在工况点B以下，则为2.4W/W左右。提高室外环境温度后，机组负荷率降低，在连续制热的情况下，变频压缩机在低频率下运行，换热器富裕量较大，因此制热性能系数提高较大。在各个工况点，通过提高变频压缩机的频率使测定的制热性能系数得到了一定的提升，主要原因在于：变频压缩机的节能性在持续制热时候得到了发挥，因此表现出变频式低温热泵热风机具有的节能性。
图2：各个工况点对应的COP曲线
四、结束语
综上所述，在经过低环境温度空气源热泵热风机的性能测试之后，我们发现低温热泵热风机有着较为良好的制热能力，能够满足多个地区冬季供暖的迫切需求。而与文中我们提到的空气源热泵热水机相比，空气源热泵热风机的安装更简单，操作更方便，经济性更好，维护管理更便捷，运行稳定性更高等多种优点，因此我们需要对低环境温度空气源热泵热风机加以重视，采取多种行之有效的办法进行推广，并在推广过程中对其性能进行全面的优化提升，满足寒冷地区居民的供热需求，并在一定程度上起到缓解我国电网压力的作用。希望此文能抛砖引玉，为低环境温度空气源热泵机组的优化设计、性能提升、节能方面带来更多的思考。
参考文献：
[1]梁科琳，亓新，李欣. 多联式低环境温度空气源热泵热风机节能标准解读[J]. 家电科技，2018，（9）：48-51.
[2]马广玉，马金平，张缓缓，王顶东. 当前我国低环境温度空气源热泵（冷水）机组质量状况分析[J]. 制冷与空调，2018，18（7）：6-10，79.
[3]申江，李园园. 低环温空气源热泵系统的试验研究[J]. 工程热物理学报，2008，29（6）：943-946.
[4]陈军，李波海. 双级空气源热泵热水器系统性能分析[J]. 承德石油高等专科学校学报，2014，16（3）：34-36，40.
论文作者:董学勇
论文发表刊物:《基层建设》2019年第18期
论文发表时间:2019/9/16
标签：热泵论文; 低温论文; 热风机论文; 环境温度论文; 性能论文; 空气论文; 工况论文; 《基层建设》2019年第18期论文;