低环境温度空气源热泵机组

低温空气源热泵定频机组的节能设计作者：***来源：《科技创新导报》2022年第14期摘要：以我国北方空气源热泵供暖系统为研究对象，基于 TRNSYS软件，建立了农宅热负荷计算模型与空气源热泵供暖系统模型，并结合供暖系统运行数据，对模型进行校正，仿真结果与运行数据误差较小。

结合运行数据与仿真结果，分析了热泵供暖系统运行特性，可知保温性能差及不合理的运行方式是造成运行费用过高的主要原因。

针对目前存在的问题，结合负荷特性与空气源热泵制热性能特点，对清洁供暖系统进行优化。

结果表明，保温设计及合理的回水温度设置能够有效降低农宅整体热负荷，空气源热泵耦合储能系统能够有效利用空气源热泵高能效比制热时段，从而有效降低清洁供暖能耗，制热费用节约1872元/a。

关键词：空气源热泵运行性能清洁供暖优化设计中图分类号：P634.33文献标识码：A文章编号：1674-098X（2022）05（b）-0117-03近年来，在我国北方农村地区，空气源热泵逐渐取代电锅炉、电暖器成为农村清洁供暖的主要方式，空气源热泵系统有效降低供暖成本的同时，对推广清洁供暖、解决散烧煤导致的能源浪费和雾霾等具有重要作用。

但空气源热泵在农村清洁供暖中仍面临低温下热泵性能衰减或恶化、整体经济性差、农民负担加重等问题，需要从系统优化设计和供热方式创新等方面入手加以解决。

本文以某农宅空气源热泵系统为研究对象，针对实际运行中出现的问题，运用基于实测数据的数值方法，分析了热泵运行特性，首次将基于空气源热泵运行特性的储能设计应用到农村清洁供暖系统优化配置中，提出优化方案并进行系统仿真，为空气源热泵在我国北方农村地区的应用提供参考。

1实例概述农宅供暖面积108m2，单层联排建筑，供暖季时间为2020年11月16日0时至2021年3月15日24时，采用空气源热泵—地板辐射采暖系统，如图1所示。

农宅冬季供暖系统包括空气源热泵机组、水箱、循环水泵、分水器、地板辐射取暖单元及温控单位。

超低温空气源热泵是以空气作为低品位热源来进行供暖或供热水的装置，同时也可以进行夏季制冷。

其特点是以准二级压缩喷气增焓热泵系统保证机组在-25℃能正常制热，实现了空气源热泵在寒冷地区供暖的可能。

热泵机组由蒸发器、冷凝器、压缩机、膨胀阀四大主要部件构成封闭系统，其内充注有适量的工质。

机组运行基本原理依据是逆卡诺循环原理：液态工质首先在蒸发器内吸收空气中的热量而蒸发形成蒸汽(汽化)，汽化潜热即为所回收热量，而后经压缩机压缩成高温高压气体，进入冷凝器内冷凝成液态(液化)把吸收的热量发给需要的加热的池水中，液态工质经膨胀阀降压膨胀后重新回到膨胀阀内，吸收热量蒸发而完成一个循环，如此往复，不断吸收低温源的热而输出所加热的泳池水中，直接达到预定温度。

相比于普通热泵在-10℃及更低温度下，由于蒸发温度过低，引起蒸发量较少，导致压缩机回气量少，从而影响冷凝放热。

超低温热泵增加了一条联通压缩机的喷射增焓支路，当压缩机回气不够时，喷射增焓支路会给压缩机补气，这样冷凝器的放热量就会提高，因此在极低的温度下仍能正常制热。

二、性能热泵循环是在冷凝温度（TCO）下定温放热，在蒸发温度（TEV）下定温吸热，定熵地进行膨胀和压缩，所需的平衡功由外界提供。

COP=TCO/ (TCO-TEV)（1）空气源热泵技术最大的优势就是经济节能，因为具有很高的能效，只需消耗一部分电能，而能得到3~4倍于所耗电能的热能。

空气源热泵在国标工况下的COP值一般在2.9~4.5之间，容易满足要求；但是环境温度低于5℃后，机组能效开始衰减，普通的空气源热泵在-5℃下几乎都不能使用；超低温空气源机组确可以在-25℃的低温环境下正常制热，此时的能效衰减至2.0以下。

机组在环境温度大幅下降时制热量衰减极小。

在低温下制热能效比比常规机组高50%-80%，机组在环境温度大幅下降时而制热量衰减很少，充分保证制热效果。

在-25℃可以正常制热，-25℃能效比达1.8以上，充分保证低温工况下制热效果。

空气源热泵设计参数空气源热泵的技术措施1、具有先进可靠的融霜控制，融霜时间总和不应超过运行周期时间的20%。

2、冬季设计工况时机组性能系数（COP），冷热风机组不小于1.8，冷热水机组不应小于2.0。

3、寒冷地区采用空气源热泵机组应注意以下事项：1）室外计算干球温度低于-10℃的地区，应采用低温空气源热泵机组；2）室外温度低于空气源热泵平衡点温度（即空气源热泵供热量等于建筑物耗热量）时，应设置辅助热源。

4、机组进风口的气流速度宜控制在1.5-2.0m/s，排气口的排气速度不宜小于1、基本耗热量公式：Q=K×F×ΔT其中：Q——围护结构基本耗热量，W；K——围护结构传热系数，W/(㎡.℃)；F——围护结构传热面积，㎡；ΔT——室内外计算温差，℃；用于计算门、窗、墙、地面、屋面各部分围护结构的基本耗热量常用围护结构传热系数K（W/(㎡.℃)1、低温热水地面辐射供暖系统的供、回水温度低温热水地面辐射供暖系统的供、回水温度应由计算确定，供水温度不应大于60℃。

民用建筑供水温度宜采用35～50℃，供回水温差不宜大于10℃。

2、执行标准地面辐射供暖系统热负荷，应按现行国家标准《采暖通风及空气调节设计规范》GB50019的有关规定进行计算。

3、热负荷计算原则计算全面地面辐射供暖系统的热负荷时，室内计算温度的取值应比对流采暖系统的室内计算温度低2℃，或取对流采暖系统计算总热负荷的90%～99%。

4、热负荷确定局部地面辐射供暖系统热负荷，可按整个房间全面辐射供暖所算得的热负荷乘以该区域面积与所在房间面积的比值和下表中所规定附加系数确定。

5、其他事项1）进深大于6m的房间，宜以距外墙6m为界分区，分别计算热负荷和进行管线布置。

1、空气源热泵机组的容量，应根据空调系统的冷、热负荷综合考虑后决定，一般取决于冷、热负荷中的较大者。

2、机组的制热量，除了与环境温度有密切关系外，还与除霜情况有关。

确定机组冬季实际制热量Q(KW)时，应根据室外空调计算温度和融霜频率按下式进行修正：Q=q×K1×K2其中：Q——机组实际工况下的制热量（kW）；q——产品标准工况下的制热量（标准工况：室外干球温度7℃，湿球温度6℃）（kW）；K1——使用地区室外空调计算干球温度修正系数，按产品样本选取；空调匹数（HorsePower-HP 马力)原指输入功率，即1匹（马力）=735W（瓦），包括压缩机、风扇、电机以及电控部分。

当前我国低环境温度空气源热泵(冷水)机组质量状况分析马广玉;马金平;张缓缓;王顶东
【期刊名称】《制冷与空调》
【年(卷),期】2018(018)007
【摘要】低环境温度空气源热泵(冷水)机组是一类新兴的制冷空调产品,因其能在较低的环境温度下无污染地制取热水而在我国北方地区获得广泛应用,其生产企业数量和产量均出现了迅猛增长.本文详细分析了当前该产品的质量发展水平和行业现状,并通过展望未来的技术发展提出了一些质量改进建议.
【总页数】6页(P6-10,79)
【作者】马广玉;马金平;张缓缓;王顶东
【作者单位】合肥通用机械研究院有限公司;合肥通用机械研究院有限公司;合肥通用机械研究院有限公司;合肥通用机械研究院有限公司
【正文语种】中文
【相关文献】
1.GB/T25127.2-2010《低环境温度空气源热泵(冷水)机组第2部分:户用及类似用途的热泵(冷水)机组》标准修订建议及说明 [J], 谢宝刚;马金平;谢鸿玺;于晓琳;陈璞
2.低环境温度空气源热泵(冷水)机组新版国家标准解析 [J], 谢宝刚;马金平;李芳;牛晓文;陈璞;于晓琳
3.GB/T 25127-2020《低环境温度空气源热泵(冷水)机组》系列标准解析 [J], 张子祺;吴晓丽;杨双;潘权
4.采用定速压缩机的低环境温度空气源热泵(冷水)机组季节能效评价分析及试验研
究 [J], 王鲁平;王骞;刘宇轩;李芳;柴增辉;陈欣
5.GB 37480-2019《低环境温度空气源热泵(冷水)机组能效限定值及能效等级》标准将于2020年5月1日实施 [J],
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9文章编号：0253-4339(2009)01-0019-06低温空气源热泵(冷水)机组名义工况的确定研究韩林俊1 王 嘉1 石文星1 谢 峤2 张乐平2(1 清华大学建筑学院 北京 100084； 2 同方人工环境有限公司 北京 100084)摘 要 对低环境温度空气源热泵(冷水)机组(简称低温热泵)标准中的名义制热工况确定问题进行了研究。

通过对我国寒冷地区典型城市供热季节的室外干球温度及其对应湿球温度的分布进行统计分析，确定出低温热泵空气侧的名义制热工况条件为-12℃/-13.5℃；通过对典型房间分别采用风机盘管和辐射地板进行供热时，保证室内舒适性要求的空调末端出水温度的研究，给出了水侧的名义制热工况为回水温度38℃。

上述结论可为商用和户用低环境温度空气源热泵(冷水)机组的标准制定提供参考。

关键词 热工学；低温热泵；名义制热工况；标准中图分类号：TB651; TU831.4 文献标识码：ADetermination of Nominal Heating Condition of Low TemperatureHeat Pump (Water Chilling) PackagesHan Linjun 1 Wang Jia 1 Shi Wenxing 1 Xie Qiao 2 Zhang Leping 2(1. School of Architecture, Tsinghua University, Beijing, 100084, China ; 2. Tongfang Artificial Environment CO. LTD, Beijing, 100084, China )Abstract The nominal heating condition of low environment temperature heat pump (water chilling) packages was determined. The nominal dry bulb temperature and wet bulb temperature on the air side may be -12℃ and -13.5℃, respectively,according to the statistical result of outdoor temperature from typical cities in the cold area of North China. The nominal return water temperature on the water side may be 38℃ which could meet comfort demand in a typical room heated by floor panels and fan-coil units.Keywords Pyrology; Low temperature heat pump; Nominal heating condition; Standard基金项目：国家自然科学基金项目(50476042)(The project was supported by the National Natural Science Foundation of China (50476042).)1 研究背景与研究思路1.1 研究背景利用空气源热泵供热是一类高效清洁的供热方式，其突出优点在于获取热源的便利性与清洁性，并具有较大的节能潜力。

低温环境下空气源热泵的研究现状及展望空气源热泵作为一种新型的节能减排环保装置，具有十分广泛的应用前景和前途。

但是在低温环境下，空气源热泵的工作性能十分不稳定，而且制热效率比较低，这些弊端都阻碍了空气源热泵的进一步推广。

本文总结了国内外的研究现状，进一步研究了低温环境下空气源热泵的相关改善措施，分析了相关的数据，并根据最新的研究现状，对今后的研究方向做出了新的展望。

标签：低温环境；空气源热泵；现状；展望0 引言空气源热泵通过少量的高位电能做驱动，将空气中的低位热能进一步提升为高位热能，将空气中的能量加以利用。

这一装置具有节能减排、高效无污染的优势，而空气源热泵作为一种新型的产品，在节能减排、降低对化石燃料依赖程度方面将拥有无限的发展潜力。

虽然空气源热泵的运行效能比较好，但是在低温环境中空气源热泵系统并不能高效稳定的运行。

究其原因，主要有以下几点：随着蒸发温度的降低，压缩比增大，致使排气温度过高，严重的时候可能导致压缩机烧毁；低温环境下，蒸发器表面容易结霜，空气流动阻力不断增加，导致制热量减少，从而导致性能下降；低温下，由于润滑油积存于气液分离器中，而粘度不断增加导致启动失油，进而降低了润滑效果。

1 关于低温环境下空气源热泵的国内外研究现状由于在低温环境下，空气源热泵具有很多的弊端，而国内外的学者对其进行了大量的研究，其中包括以下几个方面：补气増焓热泵系统能够有效改善低温环境下的制冷效果，进而降低压缩机的排气温度、提高制冷效果，以达到节能减排的目的。

有相关学者发现在-10℃～-15℃的低温环境下，补气増焓热泵系统具有良好的制热效果和供暖温度，能够满足北方地区的冬季采暖。

但是随着温度的不断升高，补气性能的效果却逐渐变差。

在低温环境下，带闪发器的热泵系统比带过冷器的热泵系统更能够满足寒冷地区的供热需求，但是该系统却仅仅适合小型的空气源热泵系统。

经过大量的研究现状表明，喷液冷却的压缩机引入辅助换热和性能优良的混合工质之后，空气源热泵系统的低温适应性进一步得到提高，但是该系统的可靠性却没有得到改善，因此补气増焓热泵系统的应用仍需要研究。

供暖用低温空气源热泵技术发展现状及前景展望摘要：根据现阶段我国低温区域的空气源热泵相关领域的发展情况来讲，针对制冷剂的压缩环节进行的改良和发展是研究开发的重点和焦点问题，能够有效提升压缩机装置可以维持的工作稳定性，确保该设备能够处于低温的工作环境之下长时间平稳地工作，不过空气源热泵装置作为一个比较复杂的系统装置，有可能对其形成各类制约和影响的要素有很多，例如系统中的冷凝器装置与蒸发器装置可能对其工作过程产生比较直接的影响，针对现阶段的实际情况来讲，对其单独方面进行的相关改进和提升是远远不能满足其使用实际的，再加上设备有关的除霜问题，需要适当的解决方案，这样的情况就需要相关工程技术人员在空气源热泵系统装置的方方面面的情况来实施分析和讨论，从而对于空气源热泵系统装置产生有效的改进和提升。

关键词：供暖；低温空气源热泵技术；发展前景引言空气源热泵是一种利用空气作为热源的装置，通过使用一定量的电能，将低能量转换为高能量，具有效率、节能和环境保护等优点。

在双碳环境中，用空气源热泵取代燃煤锅炉可以减少煤炭消耗和碳排放，具有环保效益和推广价值。

空气源热泵在低温环境中存在缺陷。

随着环境温度的降低，空气源热泵产生的热量减少，出现严重问题时无法满足室内热负荷需求。

当蒸发器表面温度低于空气露点温度时，蒸发器表面结霜，当霜层厚度达到一定程度时，蒸发器的传热性能会随着霜层厚度的不断增加而下降，如下所示在水温低、环温低的情况下，压缩量较大，排气温度较高，对压缩机寿命产生不利影响。

针对这些问题，国内外研究人员进行了大量研究，提出了多种技术，如压缩机中间喷液冷却、双级压缩和复叠系统以提高空气源热泵的低温性能。

低温空气源热泵组与普通空气源热泵大不相同，具有较明显的优点和特点。

普通空气源热泵在低温下消耗大量热量，如果室外温度达到-10℃，加热能力和机组效率就会大大降低。

特别是在低温环境中，普通空气源热泵机组不能满足加热要求，在低温环境中很难实现加热效果。

h i n a中国C p i a n t设备Engineering 工程低温空气源热泵供热原理及特点张强(大连市热电集团有限公司供热公司，辽宁大连116000)摘要：空气源热泵是一种节能环保，使用效果良好的热泵类型，也由于它的诸多优势得到了非常广泛的应用。

空气源热泵的类型非常多，低温空气源热泵就是其中的一种。

尤其在寒冷地区，严冬的供暖离不开低温空气源热泵的技术支持。

本文主要对低温空气源热泵供热的原理及其特点进行介绍，并探讨几个热泵系统的问题及解决方法。

关键词：空气源；热泵供热；寒冬供暖中图分类号：T U831 文献标识码：A文章编号：1671-0711 (2017 ) 08 (下）-0161-031什么是空气源热泵技术依靠电能的拖动，迫使热量从低位热源向高位热源流动的装置就是热泵。

就像水泵把水从低水头压送到高水头，还有气泵（气体压缩机），把气体从低压区送到高压区，它们和热泵的原理是一样的，都是输送能源的机械。

热泵技术作为一项节能环保高效的技术，是因为它能够把不能为人们直接利用的低品位热能通过热泵技术转换为可以让人们直接利用的高位能，比如可以把空气、太阳能、土壤、井水河水以及工业废水等低品位热能，通过热泵技术将它们转化为高位能，直接为人们所利用，并通过利用这些转化来的高位能进行工作作业，来有效的减少煤炭、燃气、电能以及石油这类有限的高位能，以此实现节约环保的目的，并有利于我国高位能资源的可持续利用。

矿物资源越来越匮乏，环境污染越来越严重的情况下，合理有效的将低位能转化为高位能的热泵技术也将更广泛的得到应用。

空气源热泵的历史是非常悠久的，压缩式是最早研究发现的。

但是早期由于技术能力有限，并且能源价格也不甚理想，热泵的发展受到的很大的限制，以至于从18世纪初叶，也就是1824年卡诺循环的发表就奠定了热泵研究的基础，但却因为技术及能源价格的限制因素，导致热泵的发展史非常的缓慢，但是热泵技术本身的环保及高效优势，使它有很好的发展前景。