摘 要：随着社会经济的发展，能源问题与环境问题成为制约发展的重要因素。空气源热泵是一种利用空气作为低温热源，使用少量电能获取大量热能的高效节能装置。空气源热泵在居民生活中通常用作采暖或空调。空气源热泵在我国南北方都有应用，而本文主要针对北方地区空气源热泵的应用进行一些研究。

关键词：热泵；空气源；节能；北方地区

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.11.065

1 空气源热泵及其特点

热泵是一种利用高位能是热量从低位热源流向高位热源的节能装置。其作用主要是将不能直接使用的低位热能（如空气，土壤，水，太阳）等转换为可以使用的高位热能，已达到节约煤 石油 天然气等不可再生能源目的。

空气源热泵是以空气作为低温热源的热泵，空气的特点是取之不尽，用之不竭，且不受地理条件的限制。空气源热泵需要消耗一定的电能，但是其提供给用户的热能远比所消耗的电能要多的多。空气源热泵作为高效的节能装置其拥有很多的优点。当然，也会有一些限制其发展的因素：

优点：

（1）空气能作为可再生能源，取之不尽，用之不竭。而且空气的热量能够得到迅速的补充。而且空气源热泵能把空气中的热吸收出来，經过压缩机压缩后可以转化为高温热能，使得水加热到居民可以使用的温度。通常水温可达到55-60℃，水温最高可达到65℃。

（2）空气源热泵通过消耗少量的电能，把空气中的热能转换为高位可以使用的热能。其输出的能量与输入电能之比cop一般在3-5之间。而普通的电热水锅炉的能效比cop值不大于0.9，燃气燃油锅炉的能效比cop只有0.6-0.8，一般的燃煤锅炉的能效比cop更低，只有0.3-0.7.

（3）空气源热泵热水系统运行安全可靠，其整个系统无传统的热水系统中存在的易燃，易爆，触电，腐蚀，中毒等危险。热水通过高温冷媒与水进行交换，使得电与水在物理上分离，是一种完全可靠的热水系统。

（4）使用寿命长，维护费用低，智能化控制，节约人工管理费

用，设备运行稳定，运行起来安全可靠。

（5）空气源热泵使用范围广：可用于酒店，学校，医院等等，可以单独使用也可集中使用，不同供热要求可以选择不同的产品系列和安装设计。能在恶劣天气下使用，但是一般适用于最低温度在 -20℃以上的地区。

（6）其初期投资较高，一般为普通煤气天然气的3-5倍，但是由于其使用寿命较长，以及其节能效果，空气源热泵一般会在一年半之内通过节能的方式将成本回收。

缺点：

（1）空气源热泵在我国南方地区常常会存在结霜问题。我国的夏热冬冷地区，空气湿度较大且冬季室外温度常常低于0℃。当室外换热器的表面温度低于周围空气的露点点温度时，换热器表面就会结霜。霜的形成，使得其传热效果变差，供热能里下降，严重时甚至导致机组停止运行。结霜后的热泵制热性能系数降低，可靠性降低。

（2）空气的比热容较小，要获得足够的热量，则需要较大的空气量。一般来说，从空气中每吸收1kw的热能，所需空气的流量约为360m³每小时。同时由于风机风量的增大，使得空气源热泵装置的噪声很大。

（3）空气源热泵在我国北方地区，冬季气温较低，而气候干燥。采暖室外计算温度基本在-5到-15℃吗，相对湿度基本在45%-65%之间。这些地区空气源热泵的结霜问题不太严重，但是北方地区的空气源热泵的可靠性差。

2 北方地区空气源热泵的应用

（1）限制因素。1）建筑物的热负荷随着室外温度的不断降低而在不断变大，而空气源热泵的制热量却随着室外气温的降低而减少。因为当室外温度降低时，空气里所含的热量减少，导致其需要的空气量增加，也就是说需要更多的空气才能满足的要求。也就是说其压缩比增大，压缩机的容积效率降低，因此空气源热泵在低温工况下运行时比中温工况运行的单位质量供热量也变小。因此，北方地区，空气源热泵机组的供热量将会不足。2）由于室外气温低会出现压缩机排气温度过高，使得机组无法正常工作。3）会出现失油问题。具体失油问题的具体原因：一是吸气管回油困难：二是在低温工况下，使得大量的润滑油积存在气液分离器内二造成压缩机内却又；三是润滑油在低温条件下会变得粘稠，降低润滑效果。4）由于蒸发温度越来越低，制冷剂质量流量也会越来越小，这样半封闭压缩机或全封闭式压缩机的点击冷却不足而出现电机过热，甚至烧毁电机。

（2）解决方法。为了解决上面的问题，出现了双级耦合热泵。如图1所示；用空气源热泵冷热水机组制备10-20℃的低温水，通过水环路送至室内各个水/空气热泵机组中，水/空气热泵再从水中汲取热量，直接加热室内空气，达到供暖的目的。为了提高该系统的节能和环保效益，又有单双级混合式热泵供暖系统。该系统克服了双级耦合热泵系统在整个采暖期内，不关室外温度多高都按照双级运行的问题。在室外温度过低时无法进行单级运行时，再按双级运行。其主要特点是：

该系统与传统的供暖模式相比较，与传统供暖模式相比较，它是一种更加节能的供暖模式，随着人们的供暖需求的增加，使得建筑物能耗越来越高。污染也越来越严重。该种模式供暖使得能耗更加的降低，符合时代发展的需求。

系统通过水循环将俩套单级压缩热泵系统结合起来，组成一个新的双级耦合热泵系统。可以减少热量在输送与转换过程中的损失，同时还可以省掉用户的供暖设备。

3 结论

我国北方采暖期很长，北方地区采暖主要靠煤的燃烧来供热发电，这是造成北方地区空气污染的主要原因。因此热泵技术在北方供暖中更具有节能环保意义。但是空气源热泵在北方的运用受到室外稳得的限制。在一些冬季温度可达到-20℃的地区，其压缩比过大，效率严重降低。因此，对于空气源热泵系统，在北方地区的应用初步来说，双级耦合式热泵是适合北方地区的。