【中國制冷網(wǎng)】在北方農村供暖“煤改電”工程加速推進(jìn)與實(shí)施的過(guò)程中,作為普通冷暖型空調的升級形式,低環(huán)境溫度空氣源熱泵熱風(fēng)機具有產(chǎn)品價(jià)格低、系統形式簡(jiǎn)單、安裝方便、運行可靠、控制靈活等特點(diǎn),正越來(lái)越多地被人們所認識和接受,相關(guān)技術(shù)發(fā)展迅猛,有望成為“煤改電”設備中的主力機型。本文針對目前低環(huán)境溫度空氣源熱泵熱風(fēng)機產(chǎn)品標準未出臺、認識理解模糊的情況,從產(chǎn)品的技術(shù)原理與特點(diǎn)進(jìn)行介紹,為“煤改電”項目的開(kāi)展提供指導與借鑒。

　　1、低環(huán)境溫度空氣源熱泵熱風(fēng)機產(chǎn)品定義與歸類(lèi)劃分

　　1.1 熱泵屬于制冷設備的范疇

　　要理清低環(huán)境溫度空氣源熱泵熱風(fēng)機的產(chǎn)品歸類(lèi)范圍,需從熱泵的概念先說(shuō)起。我國機械工業(yè)部制定的標準《制冷設備術(shù)語(yǔ)》(JB/T 7249-1994)中定義熱泵為“將熱量輸給某一空間或物體用的制冷系統,此時(shí)蒸發(fā)器從室外空氣、水等處吸收熱量,冷凝器則放出熱量,加熱某一空間或物體,如改變制冷劑的流向,熱泵系統也可以用來(lái)冷卻某一空間或物體。”因此從定義可以看出,熱泵是一種制冷系統,屬于制冷設備。對于前期有些政府在熱泵設備招標過(guò)程中對制冷設備經(jīng)營(yíng)范圍不予認可的行為是不合規的。

　　1.2 低環(huán)境溫度空氣源熱泵熱風(fēng)機屬空調類(lèi)

　　目前,低環(huán)境溫度空氣源熱泵熱風(fēng)機的相應標準規范正在起草,根據規范的征求意見(jiàn)稿定義為“由電動(dòng)機驅動(dòng)的蒸氣壓縮制冷循環(huán),以空氣為熱(冷)源的熱泵(氟)機組,從室外低溫空氣吸熱并向室內放熱,使室內空氣升溫的制冷系統,并能在不低于-20℃的環(huán)境溫度里制取熱風(fēng)的機組。”

　　而從熱泵的定義能夠看出,熱泵制熱過(guò)程與制冷過(guò)程是反向的,這與冷暖型空調的原理完全一致。當熱泵運行的目的是直接調節室內空氣時(shí),該類(lèi)設備即可稱(chēng)為“空調”。因此,低環(huán)境溫度空氣源熱泵熱風(fēng)機在空調范疇中。

　　在2017年低環(huán)境溫度空氣源熱泵熱風(fēng)機命名還未明確時(shí),專(zhuān)家在政府招標的技術(shù)論證文件中分別采用的名稱(chēng)為“超低溫采暖空調器”、“超低溫空調器”。所以低環(huán)境溫度空氣源熱泵熱風(fēng)機屬于空調毋庸置疑。

　　2、普通冷暖型空調在寒冷地區采暖存在的問(wèn)題

　　普通冷暖型空調在夏熱冬冷的長(cháng)江中下游地區采暖中得到了廣泛應用,但是在寒冷的北方地區使用效果不佳。我國寒冷地區冬季氣候干燥,即便氣溫較低,空調的結霜現象也不會(huì )太嚴重。制約空調在寒冷地區采暖應用的因素,主要有以下三個(gè)方面:

　　2.1 熱量需求較大時(shí) ,制熱量不足

　　隨著(zhù)室外環(huán)境溫度的下降,建筑采暖熱負荷是逐步增加的,而空調的制熱量卻是隨之減少的。例如普通3HP(匹)空調的室外環(huán)境-7℃和-20℃下制熱量分別衰減21.7%和47.0%。當空調系統冷凝溫度不變時(shí),室外氣溫降低將使系統蒸發(fā)溫度下降,引起循環(huán)工質(zhì)的吸氣比容增大,導致機組吸氣量降低,系統工質(zhì)循環(huán)量減少,機組的實(shí)際制熱量會(huì )急劇下降。

　　2.2 低溫環(huán)境下運行可靠性差或無(wú)法正常運行

　　隨著(zhù)環(huán)境溫度的降低,循環(huán)工質(zhì)的吸氣壓力降低,導致壓縮機壓縮比不斷增大,排氣溫度迅速升高。當室外溫度降到一定值時(shí),壓縮機排氣溫度會(huì )超過(guò)允許的工作范圍,壓縮機自動(dòng)停機保護,機組停止正常工作。同時(shí),隨著(zhù)壓縮機排氣溫度升高,潤滑劑受熱后粘度急劇下降,潤滑性能變差,出現壓縮機頻繁啟停的狀況。

　　2.3 熱舒適性差

　　普通空調室內機采用側送風(fēng)方式,導致送風(fēng)口及上部區域溫度高,人員活動(dòng)區溫度較低,垂直方向出現溫度分層。在北方農村地區,農戶(hù)家中現有空調大部分是常規的定頻空調,低溫環(huán)境下制熱量較低,供熱能力不足。加上一些農村地區電網(wǎng)不穩定,在極低電壓條件下定頻空調無(wú)法正常運轉。再加之農村地區房屋空間和層高相比城鎮商品住宅更大、更高,采用常規定頻空調供暖,室內溫升速度相對緩慢,這些都是導致熱舒適性體驗不佳的原因。

　　3、低環(huán)境溫度空氣源熱泵熱風(fēng)機技術(shù)介紹

　　3.1 系統原理

　　為解決普通冷暖型空調在北方寒冷地區制熱所出現的問(wèn)題,低環(huán)境溫度空氣源熱泵熱風(fēng)機應運而生。舉例說(shuō)明雙級增焓壓縮轉子式低環(huán)境溫度空氣源熱泵熱風(fēng)機技術(shù)的解決方案,具體系統運行原理如下圖所示。

　　該系統主要由雙級壓縮轉子式變頻壓縮機、閃蒸器、蒸發(fā)器、冷凝器、節流閥A、節流閥B等部件組成,雙級壓縮轉子式變頻壓縮機的兩個(gè)氣缸分別承擔低壓級壓縮和高壓級壓縮。

　　從蒸發(fā)器出來(lái)的低壓制冷劑蒸汽s*先進(jìn)入低壓級壓縮機壓縮至中間壓力(過(guò)程 1～2),然后與閃蒸器出口的制冷劑蒸汽混合(點(diǎn)6 是點(diǎn)2與點(diǎn)3混合后的狀態(tài))?；旌险羝^續進(jìn)入高壓級壓縮機壓縮至冷凝壓力(過(guò)程6-7),接著(zhù)進(jìn)入冷凝器向室內空氣放熱后冷凝成制冷劑液體(過(guò)程7～9)。從冷凝器出來(lái)的高壓制冷劑液體s*先經(jīng)過(guò)節流閥A一次節流變?yōu)闅庖后w混合物(過(guò)程9～10),然后進(jìn)入閃蒸器,分離為飽和蒸汽(點(diǎn)3)和飽和液(點(diǎn)4)。因節流閃發(fā)的氣態(tài)制冷劑上升,與低壓級壓縮機的排氣混合后進(jìn)入高壓級壓縮機;閃蒸器中的液態(tài)制冷劑經(jīng)過(guò)節流閥B二次節流變?yōu)榈蜏氐蛪阂后w(過(guò)程4～5),進(jìn)入蒸發(fā)器與室外空氣換熱后變?yōu)榈蜏氐蛪赫羝?過(guò)程5～1),然后進(jìn)入低壓級壓縮機開(kāi)始新的循環(huán)。

　　綜上,系統采用二次節流不完全冷卻的雙級壓縮熱泵循環(huán),與相同工況下的單級壓縮相比,壓縮機排氣溫度降低,壓比減小,可以在更低的環(huán)境溫度下工作。系統采用的雙級變容技術(shù)與單級壓縮相比,提升了制熱工況下,尤其是低環(huán)境溫度下的制熱量和性能系數。為低環(huán)境溫度空氣源熱泵熱風(fēng)機在寒冷地區的采暖應用提供了可靠技術(shù)保證。

　　3.2 產(chǎn)品特點(diǎn)與優(yōu)勢

　　與普通的冷暖型空調相比,低環(huán)境溫度空氣源熱泵熱風(fēng)機在制熱采暖中具有以下優(yōu)勢特點(diǎn):

　　(1)拓展了空氣源熱泵的使用范圍,實(shí)現不使用電輔熱的情況下,機組可在室外-30℃低溫環(huán)境下穩定運行;

　　(2)在額定工況7℃時(shí),低環(huán)境溫度空氣源熱泵熱風(fēng)機的制熱能效比普通冷暖空調能提高5%-10%,而在低溫工況-20℃時(shí),則能夠提升20%左右;

　　(3)與額定制熱量相比,可實(shí)現制熱量在-20℃、-30℃的環(huán)境下均無(wú)衰減;

　　(4)用戶(hù)能夠自行設定出風(fēng)溫度,從而實(shí)現恒溫送風(fēng);

　　(5)設備出風(fēng)產(chǎn)生空氣對流,房間溫度升溫極快,室內溫度能夠達到用戶(hù)采暖要求。

　　(6)產(chǎn)品舒適度提高,采用落地風(fēng)盤(pán)從房間底部送風(fēng)避免了吹空調時(shí)的頭熱腳冷。

　　4、結論

　　(1)低環(huán)境溫度空氣源熱泵熱風(fēng)機隸屬空調的范疇,能夠實(shí)現房間的制熱及制冷功能;

　　(2)低環(huán)境溫度空氣源熱泵熱風(fēng)機有效的克服并解決了普通冷暖型空調在寒冷地區制熱所存在的問(wèn)題,使機組能夠持續穩定供熱;

　　(3)結合補貼政策及實(shí)施的可行性,低環(huán)境溫度空氣源熱泵熱風(fēng)機在未來(lái)的“煤改電”市場(chǎng)前景巨大。