超低温热泵效率 (20匹超低温空气源热泵)

《热泵市场》杂志

文_申菱空调/林创辉/欧阳惕/陈华/张学伟

空气源热泵机组可从大气环境中吸取低品位能量，转化为高品位能量，用于供热取暖，与燃气或燃煤锅炉供热取暖相比，能源利用效率高，环境污染小。同时，空气源热泵机组由于安装简便、灵活，环境适应性强，对使用地区基本不会产生污染，非常适用于没有集中供暖的广大冬季寒冷地区。

普通型热泵有什么局限？

但普通空气源热泵型机组由于受到压缩机运行范围、运行特性和要求的限制，实际上仅能运行于不低于-10℃的环境。在室外环境温度低于-10℃的情况下，机组的制热能力和效率下降明显，而且在低温环境下，热泵系统还会出现回液、排气温度高、超范围运行等问题，因此对于长江以北及广大的北方地区，其适应性下降。

普通单级压缩空气源热泵机组在低温环境下的热量衰减严重的主要原因是：在室外温度低（低于-10℃）的情况下，制冷剂蒸气压力下降，制冷剂质量流量下降，导致在压缩机体积排气量不变的情况下，用于制热的制冷剂的质量流量非常低，机组的制热效果下降，制热量衰减严重，而此时又是制热量需求最大的时候，因此此时普通空气源热泵机组不适用。

什么是低温型热泵？

为了提升低温环境下的制热效果，增大空气源热泵机组的适用地域范围，可采用带经济器的低温空气源热泵技术，其工作原理如图1所示。此项技术主要是在压缩机的压缩中间段增加补气口，也就是传统的经济器接口。经济器流路是在液管（点1）处分出一路制冷剂液体（支路），通过膨胀阀节流后，由点4进入经济器蒸发，吸收另一路制冷剂液体（主路）的热量，增大主路制冷剂液体的过冷度，提升系统冷量（从环境吸收的热量）。

图１ 低温空气源热泵机组系统流程图

支路制冷剂液体在经济器内蒸发后，进入压缩机的经济器接口（点6）。由于经济器回路的制冷剂蒸气压力和密度相对压缩机吸气压力（点7）高，制冷剂质量流量相对较大，因此可以增大室内换热器流通和换热的制冷剂质量流量，从而大幅度提升空调机的制热量和能效比。图2所示为可实现中间补气功能的涡旋式压缩机，设计有中间补气接口。

图２ 带中间补气的涡旋式压缩机

低温型空气能性能如何？

为了对低温空气源热泵机组与普通空气源热泵机组的实际应用效果进行对比，测试机组工况环境由焓差法试验台（配有工况机、电加热器和加湿器）模拟，按照GB/T17758-2010《单元式空气调节机》中的测试方法（见图3）进行测试。在试验中，制冷量和制热量是通过测定机组进、出口空气的干、湿球温度和流量确定（进出风焓差乘空气流量）。

图３ 空气焓差法测试装置

采用28KW左右（制冷量）的普通机组和低温机组进行对比测试，2台样机的换热器、风机及风量、膨胀阀容量相同，普通机组采用普通压缩机，不带经济器；低温机组采用比普通机组用压缩机排量小一号的中间补气压缩机，并增加经济器，分别测试2台机的制冷量和制热量，并进行对比分析。

1）名义制冷工况测试结果

表１普通机组和低温机组名义制冷工况测试结果

从表1可以看出，在名义制冷工况下，低温机组的制冷量为普通机组的107.25%，输入功率为92.78%，能效比为115.81%，制冷量和能效比均有小幅提升，主要是压缩机相对小一号，整机功率有所下降，但是由于其排量相当，制冷量处于相当状态。

2）名义制热工况测试结果

从表2可以看出，在名义制热情况下，低温机组的制热量为普通机组的102.66%，输入功率为99.06%，能效比为103.6%，制热量和能效比均有小幅提升。

表2 普通机组和低温机组名义制热工况测试结果

3）低温制热工况测试结果

从表3可以看出，在低温环境达到-11℃工况下制热，低温机组的制热量为普通机组的233.10%，输入功率为111.96%，能效比为209.09%，排气温度相对较低，系统低温运行可靠性提升。

表3 低温（干/湿球温度为-11℃/-11.5℃）制热工况下普通机组和低温机组测试结果

注：室内干球温度为20℃。

从表3来看，普通机组的低温制热量衰减情况使其不适用于在-10℃以下的环境中运行，而低温机组不存在这个问题。

4）超低温制热工况测试结果

在超低温环境（室外温度达到-20℃）的制热试验中，普通机组已经无法运行，但低温机组的制热量仍可达到名义工况下的55%左右，能效比为2.0左右。

哪些地区须采用低温型？

从表4可以看出，在华南、西南、华东和华中的部分地区，冬季空气调节温度大部分均在-7℃以上，最低日平均气温也在-10℃以上，可采用普通涡旋式空气源热泵机组。

表4 我国各地区部分代表城市冬季气象参数及采暖方式

在东北、西北和华北的部分低温地区，冬季室外温度均低于-20℃，这部分地区宜采用燃气或燃煤锅炉集中供暖方式。

在华中、华东、华北、西北的部分地区，冬季室外温度均在-15℃以上，最低日平均气温也在-20℃以上，无法采用普通机组供暖，虽然部分地区的城镇已有集中供暖，但集中供暖缺乏灵活性；在黄河以南的中部地区，冬季取暖多依靠煤炭，供热效率低且易发生煤气中毒事故；而且长江沿线十余省，冬季基本上无集中供暖，电暖器等局部取暖设施不能满足整个居室的供暖需要，且耗电量较高。普通机组在超低气温环境中运行不可靠且制热量衰减严重，而低温机组则具有较好的适应性。

低温型热泵的优点

低温机组与普通机组相比具有以下优点：

• 在名义制冷和制热工况下，低温机组的冷热量和能效比普通机组有所提升。

• 在-10~-15℃的环境中，普通机组基本无法正常工作，可靠性低，制热量衰减严重。低温机组不但能够稳定制热运行，且排气温度相对较低，运行可靠。

• 低温机组在-15~-20℃超低温环境中仍可正常稳定运行，能效比在2.0左右。

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《100问》整理自热泵商学院现场讲师和学员互动环节的问答，以及各个群的公开课文字实录。为《100问》的第一个章节。虽然并非严禁的学术著作，但是凝聚了各位大商的心血和智慧。本次整理内容简单分为以下章节：

• 一、空气源热泵采暖系统设计与选型

• 二、 末端管路的设计与安装

• 三、 地暖末端的控制与联动问题

• 四、 关于缓冲水箱体积计算选型等问题

• 五、 地暖空调中风盘安装、联控等问题

• 六、 变频技术与定频技术在空气能的应用

• 七、 地暖空调系统制冷设计及结露等问题

• 八、 新风系统设计与安装

• 九、地暖中央空调常见问题深度解答

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