张探龙
中国建筑第八工程局有限公司西北分公司 陕西西安 710000
摘要：为促进节约型社会快速发展，切实做好新技术科研与应用工作，不断提高能源消的使用质量，以达到节能减排的目标。积极推进节能新技术应用，经过实践探索和研究，摸索出空气源热泵中央空调节能新技术和资源综合利用的有效方法，并取得良好的效果。文章对空气源热泵在我国暖通空调中的应用与发展提出了建议。
一、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人热力管网居多，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，北方的集中供暧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。
二、空气源热泵在我国暖通空调中的应用
2.1采取强化制热技术方案
（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。
（2）双级耦合热泵技术
针对低温化霜波动，制热变差，可以采用双级耦合技术。通过第一级空气源热泵冷热水机组先制取10-20℃左右的热水贮备作为第二级热泵的低温热源；再通过第二级的水源热泵冷热水机组为用户提供50℃以上的热水，或者直接采取水源/空气热泵机组来加热空气。这样机组的两级系统分别运行在各自合理的压比，制热效果得到保证，可靠性得到了提高，室内的舒适性就不会因为室外温度低结霜化霜而受到影响。而且双级耦合机组配置可以根据需要设定为室外低温开双级，室外高温开单级（第一级空气源热泵冷热水机组），从而起到节能的作用。相对喷气技术而言，能效偏低，但能够获得较高与稳定的出水温度。另外初投入上也会比变频喷气系统大，暖通系统设计相对复杂，用在采暖改造上可能会不经济，适合电量充裕的一些新建项目。
（3）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。
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2.2采取一些节能环保的组合采暖技术方案
（1）空气源热泵+地板辐射
空气源热泵的最佳工作状态是提供50℃以下的热水。以往空气源热泵用于建筑采暖较少的原因在于采暖散热器要求热水温度在60～80℃。地板采暖一直被公认为最舒适的采暖方式，需要的热水温度≤60℃。通过选用高效的辐射盘管，适当减少的盘管间距，可降低热媒水温度（<50℃）、缩小供回水温差（<5℃）；同时结合敷设在盘管下的铝箔复合层热反射，高压阻燃型挤塑保温板，可以减小热损失，进一步降低水温。已有研制出的进水温度35℃、回水温度31℃、空气基准温度20℃测试，散热量可达100W/m2以上的十分高效的末端。例如西安白鹿原四季蓝城健康小镇规划为养生度假别墅区，海拔高出西安市300米，远离市区，冬天气温较低，且市政集中供热未辐射至此，适用于空气源热泵。这样完全可以用空气源热泵来提供地板辐射所需的低温热水，即舒适洁净又节能环保。
（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）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。
三、空气源热泵在寒冷地区应用的展望
近年来，对于提高空气源热泵低温适用性的研究备受关注。各国学者，生产厂商对此问题都十分感兴趣，开展了一些研究工作。目前，针对提高空气源热泵低温适用性的技术措施主要有：
①室外换热器采用变速风机。当窄外空气温度低时，启动高速运转，以增加吸热量和延续结霜时间。
②用非共沸制冷剂代替R22。
③改善低位热源法。如在寒冷地区利用建筑物的排风作为低温热源，又如用地道风作为低温热源等。
④压缩机采用变频技术当室外环境温度低时，增加压缩机的转速，以提高其供热量。
⑤喷液旁通技术。当吸排气温度较高时，通过旁通部分液体来冷却吸气温度，从而达到降低排气温度过高的目的。
⑥双级压缩。
⑦二级压缩——复叠系统等近年来，闰内许多大学、生产厂家埘空气源热泵在我国寒冷地区应用的技术开展了许多研究，并取得了一定的可喜成果。
参考文献
[1]刘晓光.空气源热泵在我国暖通空调中的应用[J].建筑工程技术与设计，2015（20）.
[2]张传平.空气源热泵在我国暖通空调中的应用与发展[J].工业，2016（12）：00305-00305.
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[4]高渊博，杨紫娟，张洁明，等.空气源热泵技术研究现状及发展[J].区域供热，2016（4）：101-104.
论文作者:张探龙
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2018年第20期
论文发表时间:2018/11/14
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