摘要：近些年来，随着我国经济的快速发展，人们的生活水平质量有了很大的进步和提升，但是对人们的生活质量也提出了更高层次的要求，特别是在北方地区冬季比较寒冷，清洁环保又节约能原的采暖方式成为冬季采暖的探索方向。随着技术的进步，低温空气源热泵的制热性能已有较大的提高，这使得以空气源热泵作为严寒地区供暖的热源成为可能。但是其也存在一些方面的不足，例如：工作性能不稳定性，制热效率相对较低，这样就需要对低温气候空气源热泵系统进行合理的设计，从而才能确保其能够得到更好的发展。
关键词：低温气候；空气源热泵系统；设计
一、前言
现阶段，我国低温气候下的空气源热泵主要是将压缩中的改进发展放在重要位置，并且为了让压缩机的稳定性能得到提高，可以在低温气候下运行，但是热泵系统受到很多因素的影响，例如：冷凝器跟蒸发器、除霜问题，这样就需要采取相应的措施对其进行解决，确保低温气候下空气源热泵系统得到科学合理的设计。
二、低温气候下对空气源热泵性能的影响
1、对于蒸发器问题的影响
在热泵系统中蒸发器是一个非常重要的组成部分，其能够对整个热泵系统的运行的造成直接影响，而低温是蒸发器的主要影响因素。第一，翅片不合理设计，造成结霜次数增多；第二，制冷剂流向设计、风扇位置等引起的换热不均，造成结霜现象的出现；第三，分液发生不均匀，造成制冷剂流量的分布不均匀。
首先关于翅片不合理，通常情况下对于经常使用的蒸发器，为了对整个系统的大小体积进行减少，经常把翅片之间的距离设计成很小，尽管这样能够对单位换热的面积进行增加，但是同时也会促使蒸发器的结霜速度大大加快，还会造成积水产生和结冰现象，进而对蒸发器的运行情况造成严重影响。其次制冷剂流向设计，一般制冷剂与空气流动的方向是相反的，并且不同流向产生的性能也存在很大差异，并且当在制热的过程中制冷剂在换热器出口的位置温度差异比较大，这样就促使翅片结霜现象更加严重，从而导致结冰情况。因此在设计时要对采取相应的对策对比较严重的结霜现象进行处理，例如增加电伴热设备。
2、冷凝器问题的分析
在空气源热泵系统运行的过程中，适合的压缩机在排气的时候温度会越来越高，这样就促使冷凝器的气体跟预期的温度存在很大差异，超出了很多。同时与一般设计相比较，冷凝器有很大的不同，这样就很大程度对冷凝器作用进行了限制，从而促使换热状态得到了大大的降低，限制了系统的制热能力。
三、低温气候空气源热泵系统设计要点
1、蒸发器结构的设计
在低温气候下蒸发器要对翅片的间隔距离、形状以及迎风管的排数等几个方面的因素进行考虑，首先在翅片间隔距离方面，一般系统内部的翅片间距偏小，这样就很大程度提高了结霜的速度，就使得空气在交换流动时产生了阻碍，造成蒸发器不能得到正常的运行。通过相关实验显示在一定的低温气候中翅片之间的距离不应该在1.8mm以下，并且要做好翅片表面的处理工作，也是非常重要的，可以利用外加电场方法来对水分的移动速度进行减少，确保喷疏水亲水的颜料来对结霜时间进行控制。此外利用亲水的涂料还能够对结霜现象进行控制，并且在进行制冷剂设计的时候还可以在底盘设置一个加热装置。
2、低温下冷凝器的设计
一般情况下在负荷比较大的工况下倘若没有采用变频的设施，是不需要对冷凝器进行特别设计的，并且在低温气候下工作产生的热量要比平时低很多，这样就不会出现冷凝器能力不足。但是倘若采用变频或者多级压缩的方式就应该根据实际的运行情况来对冷凝器的面积进行计算，在计算的时候要对蒸汽区域的气体换热、湿蒸汽区域的冷凝换热等部分需要的面积进行计算。
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3、节流机构的设计
通常情况下，热泵系统在运行的时候会发生很大的变化，但是因为普通的热力膨胀阀根本不能够对其进行有效的调节，所以在低温气候下空气源热泵系统应该使用电子膨胀阀，当工况达到一定程度之后使用双电子膨胀阀来对其进行控制。因此在进行节流机构设计时建议采用电子膨胀阀来对其进行精确的调节。
4、气流分离器、储液罐的设计
倘若在低温气候下长时间的处于停机状况，就会造成制冷剂有一部分会朝着蒸发器转移，这样在下一次开启就会促使大量的液体流进压缩机内部，这样在必要的情况下要在压缩机前设置一个气液分离器。此外在设计储液罐时应该适当的对冷凝器的容积进行增大，从而就能促使其与蒸发器的体积相接近，从而就对储液器的设计取消了。
四、对低温气候下空气源热泵的展望
由于空气源热泵系统在运行的过程中，具备高效率、节能减排的优势特征，这样就具有非常广阔的发展前景。同时随着科学技术的不断进步，空气源热泵系统功能越来越多样化，所以对产品的可靠性提出了更高层次的要求，学者们通过对低温气候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。
1、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。同时我国很多企业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。
2、分散式空气源热泵系统相比于传统集中供热系统具有节能优势（为后者的70%~80%），尤其是对于像乌鲁木齐这样电力资源丰富的地区。其节能和环保意义更大。
在市场的能源价格下，空气源热泵系统的实际运行费用比传统集中供热更低（为后者的42%），即便是在政府补贴集中供热的情况下，运行费用也比目前热力公司按面积收费的费用低，但初投资较高。故空气源热泵系统的应用需要政府财政补贴初投资，运行费用可按电价收费，可进一步促进用户的行为节能。
空气源热泵在严寒地区的绝大多数时间内是可靠的，在极少数极端天气下供热能力有限，在确定辅助热源时需要权衡。
空气源热泵系统彼此分散独立，运行互不影响，调节更加精细，可促进用户的行为节能。无传统供热系统的大型水泵，系统可采用量调节，有更进一步的节能意义。
3、空气源热泵系统在低温气候中运行，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。
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。
五、结束语
综上所述，目前人们对空气源热泵系统有了比较深刻的认识，特别是随着环保意识的不断增强，促使空气源热泵系统受到越来越多的关注，但是在实际的应用过程中，低温气候空气源热泵系统的性能的受到影响，所以要对该系统进行更加深入的研究，做好设计工作，就能确保运行性能得到提高，实现节能减排的目的，为北方地区清洁能源采暖探索出一条新的发展道路。
参考文献：
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论文作者:施洋
论文发表刊物:《基层建设》2018年第2期
论文发表时间:2018/5/18
标签：系统论文; 低温论文; 空气论文; 源热泵论文; 蒸发器论文; 气候论文; 冷凝器论文; 《基层建设》2018年第2期论文;