空气源热泵在严寒地区应用和研究

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1、空气源热泵在严寒地区应用和研究　　中图分类号：TB655文献标识码：A尽管空气源热泵具有很多优点，但受室外环境的限制也比较大，这也是空气源热泵目前仅在我国黄河以南地区得到了广泛应用的主要原因，而在黄河以北地区，如果空气源热泵系统不作任何改进将无法在冬季正常工作：系统的制热量随着室外温度的下降而迅速下降，而需热量却随室外温度的下降而迅速上升，当外界温度很低时，系统的制热量将小到无法满足这些地区的冬季采暖需求；与此同时，随着室外环境温度的降低，机组COP急剧下降，压缩机压缩比会越来越大，导致排气温度不断升高，长期运

2、行必然会严重损坏压缩机[5]。此外从空气源热泵冷热水机组实际运行效果看，热泵系统除霜的准确性还不尽如人意，主要表现为现有的除霜判据不能适应北方这种大范围运行工况，热泵系统误除霜现象严重，除霜时间过长往往会导致室内温度波动过大，用户有明显的吹冷风的感觉；机组在低温工况启动困难，机组在启动阶段或者在除霜结束恢复制热时经常容易发生烧机现象。4在我国北方寒冷地区，冬季空调系统很少供应新风。新风机组经常冻裂，造成热水泄漏、机组损坏，导致严重的经济损失；新风机组不能正常运行，造成室内空气品质的下降，使长期生活和工作在现代空

3、调建筑物内的人们表现出越来越重的病态反应，如“病态建筑综合症”等。据调查表明，传统的新风机组防冻方法，如“控回水温度法”、“控管壁温度方式”、“电热方式”和“混水方式”等方法都无法圆满的解决新风机组的防冻问题。随着空调系统的大量应用，空调与通风的能耗越来越大，传统空调系统能耗占建筑总能耗的20%～40%，而空调系统中新风负荷又占总负荷的20%～30%，则新风耗能占建筑总耗能的4%～12%，为了保证房间室内空气品质，不能以削减新风量来节省能量，而且还可能需要增加新风量的供应。在进行了合理的空气风平衡和热平衡后，新

4、风的耗能则被排风带走，排出室外。在寒冷地区，由于室内外温差大，新风加热量较大，从而排风中带有大量可利用的热量。如果设置热回收装置，利用排风携带的能量处理新风，可以减少处理新风所需的能量，降低机组负荷，提高系统的经济性，达到节能的目的。为使空气源热泵能在低温环境中高效、稳定、可靠地运行，国外进行了许多技术研发和改进。其中对于废热回收利用的研究很早，发展也较快。在国外对于大型空调热回收的研究已比较完善，在发达国家已有相关产品的应4用。美国的R.L.Douglas.Cane等人对工业中的热回收热泵的可行性进行了实验研

5、究，其结果表明只要回收年限在5年以内，那么这种工业中的热回收式热泵将具有很好的经济价值。同时也指出，回收废热时间越长，那么这种热泵的回收年限越短，经济价值就越高。而近年来，国内外各大空调制造厂商为了很好地解决热回收以达到节能目的，纷纷在他们研制的机组上加以改进，推出新一代的节能产品。美国开利公司生产的19DE系列的热回收式双管束冷凝器热泵机组和特灵公司生产的风冷式热回收式双管束冷凝器的制冷机组都是冷凝热回收的产品。而所谓的双管束就是使用两个冷凝器，一个用于正常的使用，另一个用于回收冷凝热。但这种热回收式机组只适

6、用于用热场合不高和新建的建筑中。为适应中、小型规模的商业建筑的供暖供冷需求，美国一些制造厂商相继开发了整体组装的末端热泵和水源热泵，并发展了水环热泵空调系统回收建筑物的余热。而日本的荏原公司开发了新一代的节能热泵产品—超级热泵(NHP)，此产品采用多级压缩多级冷凝技术，可将制冷剂温度提升较高，使冷凝温度提高，致使输出较高温度的热水，它的COP可达到8.2，节能效果十分明显。4国外对于热回收系统的理论研究发展很快，对于大型的空调热回收已有相关的运用。尽管我国热泵技术起步较晚，但其发展还是紧跟世界先进水平，并在传统

7、热泵的基础上提出很多创新方案，使得我国的热泵技术与世界先进水平的差距在缩小，有些甚至达到或超过世界水平。在小型空气-空气热泵实验装置的研究和热泵空调的计算机模拟研究，针对于风冷热泵不能在寒冷地区运用，提出了采用双级耦合热泵空调系统进行供暖，该系统的成功将风冷热泵的应用范围进一步向北延伸。早在20世纪70年代原哈尔滨建筑工程学院与哈尔滨空调机厂联合研制成功的LHR—20恒温恒湿机上，设置了风冷冷凝器回收制冷机中的冷凝废热，用于空气处理过程的二次加热，从而取代了传统的电加热器，达到了节能的目的。可见，应用空气源热泵

8、回收空调系统排风热的研究是我国近几年来研究的重点，已成为解决暖通空调的能源与环境问题的有效措施之一。但目前尚无在严寒地区应用方面的研究。国内几乎找不到已经投入使用的实际工程，国内空调厂商也没有研发相关的适合于余热回收的空调产品，但开发出相关的空气源热泵用于严寒地区排风热回收产品势在必行。4