郭娟

（湖南智謀規(guī)劃工程設(shè)計咨詢有限責任公司，湖南 株洲 412000）

近年來，北京市為解決冬季燃煤供暖帶來的環(huán)境污染問題，率先在農(nóng)村地區(qū)開展“煤改清潔能源”的低溫空氣源熱泵供暖改造。據(jù)統(tǒng)計，2016年北京市共完成空氣源熱泵供暖改造15.1萬戶。

隨著人們生活水平的提高，我國長江流域冬季供暖的呼聲越來越大，該地區(qū)夏季炎熱、冬季陰冷，全年高濕，室內(nèi)環(huán)境惡劣。為滿足該地區(qū)的室內(nèi)環(huán)境的熱舒適性要求，國內(nèi)學(xué)者做了大量研究，在能源緊張的大環(huán)境下，空氣源熱泵系統(tǒng)越來越受到人們的關(guān)注。美國能源部把空氣源熱泵列為21世紀最具節(jié)能潛力空調(diào)技術(shù)措施之一，歐盟在2009年將其納入可再生能源技術(shù)范疇，我國業(yè)內(nèi)研究學(xué)者也多次建議將其納入可再生能源范疇。

1 空氣源熱泵的特點

空氣源熱泵機組就是利用室外環(huán)境中的空氣能量，機械做功后，將能量從低位熱源向高位熱源轉(zhuǎn)移的熱泵裝置，可利用冷凝熱來提供生活熱水，從而配置成熱回收型機組。我國長江流域夏熱冬暖地區(qū)具有夏季高溫悶熱，冬季陰冷潮濕的氣候特點，但由于該地區(qū)供暖期短，且我國能源緊張，不宜選用集中供暖形式，空氣源熱泵具有節(jié)能、冷熱兼供、無需冷卻水和鍋爐等優(yōu)點，適用于我國夏熱冬冷地區(qū)作為中央空調(diào)的冷熱源。

空氣源熱泵和水源熱泵相比初投資可低30%～50%，在沈陽，空氣源熱泵的運行費用和集中供暖的運行費用相差不大，但比燃氣壁掛爐供暖的運行費用少15%以上，比電采暖少60%以上。它具有一機多用、節(jié)能、環(huán)境友好的優(yōu)勢。空氣源熱泵機組在低溫高濕的環(huán)境中使用時，常出現(xiàn)換熱器表面結(jié)霜，壓縮機頻繁啟停，供熱能力降低，需要定期除霜才能保證系統(tǒng)穩(wěn)定運行。

2 空氣源熱泵系統(tǒng)的優(yōu)化

2.1 冷熱源優(yōu)化

常規(guī)空氣源熱泵機組采用單級壓縮循環(huán)，在我國華北、西北等寒冷地區(qū)使用時制熱能力衰減，無法在冬季正常運行。隨著產(chǎn)品的研發(fā)更新，先后出現(xiàn)了帶油冷卻的單級壓縮系統(tǒng)、準二級壓縮系統(tǒng)、二級壓縮系統(tǒng)、復(fù)疊式系統(tǒng)、多種能源形式的復(fù)合系統(tǒng)等。目前，已經(jīng)研制出適用于寒冷地區(qū)的低環(huán)境溫度空氣源熱泵機組，可在室外溫度不低于-20℃時制取30～50℃的供暖熱水。隨著技術(shù)的進步，國內(nèi)外學(xué)者對低環(huán)境溫度空氣源熱泵的改進進行了大量試驗研究，使其能適用于寒冷地區(qū)供暖。

空氣源熱泵機組的結(jié)霜問題飽受詬病，在室外溫度較低的寒冷地區(qū)使用時易結(jié)霜，結(jié)霜嚴重時會影響機組運行的穩(wěn)定性。目前，常用的除霜方法主要有：逆循環(huán)除霜、熱氣旁通法除霜、蓄能除霜和工質(zhì)過冷除霜法。前兩種除霜措施均存在能量供給不足、效率不高、系統(tǒng)不穩(wěn)定的缺點；蓄能除霜可以克服能量補給的不足，但結(jié)霜時系統(tǒng)制熱量衰減、除霜時不能供熱、相變材料的性能穩(wěn)定性問題都有待改進；工質(zhì)過冷除霜法可提高理論制熱系數(shù)，但采用噴射膨脹閥會增加設(shè)備成本。

有學(xué)者提出無霜空氣源熱泵，該系統(tǒng)采用加熱再生方式，再生效率低，供熱能效不高。郭浩增等人提出多熱源輔助除霜法，該方法主要是通過儲存用電低峰期的制熱量和太陽能等多種熱源，實現(xiàn)多種熱源輔助除霜的目的。余延順等人提出冷凍再生的溶液除霜型空氣源熱泵機組，該機組運用鹽溶液噴淋的方式除霜，除霜完成后的稀溶液再采用冷凍方式使其再生，從而實現(xiàn)連續(xù)供熱，溶液再生方式由加熱法改進為冷凍法，再生過程能耗降低。

2.2 輸配系統(tǒng)優(yōu)化

空氣源熱泵系統(tǒng)耗電主要來自空氣源熱泵機組和循環(huán)水泵。楊強等人選用15個北京地區(qū)的空氣源熱泵供暖系統(tǒng)案例進行了性能測試，為期60天。通過典型日的測試分析發(fā)現(xiàn)：在定頻系統(tǒng)中采用循環(huán)水泵與機組聯(lián)動的控制方式，與在變頻系統(tǒng)中循環(huán)水泵采用根據(jù)供回水溫差變轉(zhuǎn)速控制方式，都有降低電耗和EHR，達到運行節(jié)能的目的。

2.3 末端優(yōu)化

空氣源熱泵系統(tǒng)末端主要有風機盤管、散熱器、地板輻射等。

我國南方夏熱冬冷地區(qū)供暖期短，建筑室內(nèi)外溫差不大，熱負荷較小，且負荷波動大，具有間歇、局部和多樣化的供暖特點。目前多采用風機盤管做為系統(tǒng)末端，由于氣流組織問題，熱空氣難以送達人員活動區(qū)，室內(nèi)豎向溫度梯度大且有吹風感，與地板輻射供暖相比熱舒適性差，但夏季采用輻射供冷易結(jié)露，所以冬夏難統(tǒng)一。

李沛珂等人設(shè)計了一種小溫差換熱風機盤管作為空氣源熱泵系統(tǒng)末端，該末端具有厚度薄、低噪、熱效率高等特點，采用小溫差換熱風機盤管的空氣源熱泵系統(tǒng)可有效降低熱泵機組在冬季的冷凝溫度，提升系統(tǒng)的性能系數(shù)。

我國北方地區(qū)多采用散熱器、地板輻射盤管等持續(xù)供暖時間長，供暖效果更好的末端形式。

潘雷剛等人對北京地區(qū)采用不同末端形式的典型案例進行經(jīng)濟性對比發(fā)現(xiàn)：新、舊散熱器、地板輻射盤管的折算費用年值分別為21.11，24.17，17.00元/m2。

唐海達等人對空氣源熱泵系統(tǒng)末端為混凝土輻射地板和風機盤管供暖效果和系統(tǒng)性能進行了測試，結(jié)果表明：在持續(xù)供暖情況下，地板輻射供暖的熱舒適性優(yōu)于風機盤管供暖；在相同室溫時，兩者的供熱量相當，而前者的系統(tǒng)能效比后者高14%；在間歇供暖情況下，風機盤管具有更快速的啟動性能，熱響應(yīng)時間短，熱舒適性更好。

3 結(jié)語

為提高空氣源熱泵系統(tǒng)的供熱能效，主要從以下幾個方面著手。

（1）高效的空氣源熱泵機組、末端設(shè)備的研制優(yōu)化。

（2）統(tǒng)一產(chǎn)品標準，針對不同的系統(tǒng)末端形式，制定相應(yīng)的空氣源熱泵產(chǎn)品標準，如采用地板供暖的空氣源熱泵系統(tǒng)，由于地板供暖的供水溫度低，若采用出水溫度較高的空氣源熱泵機組，則不利于系統(tǒng)的節(jié)能。

（3）合理的系統(tǒng)配置，空氣源熱泵系統(tǒng)的末端應(yīng)根據(jù)建筑使用情況和地區(qū)氣候特點合理選擇，當房間以連續(xù)供暖為主時，可采用輻射末端；當房間以間歇供暖為主時，可選用輻射供暖和對流供暖的高效末端產(chǎn)品，如小溫差換熱風機盤管等。

隨著空氣源熱泵機組的能效不斷提高，設(shè)備除霜技術(shù)的成熟，末端產(chǎn)品的不斷優(yōu)化，系統(tǒng)配置設(shè)計優(yōu)化，空氣源熱泵系統(tǒng)，特別是空氣源熱泵供暖系統(tǒng)在我國南、北方地區(qū)都將有著廣泛的應(yīng)用市場。