一级建造师：空气源热泵机组

摘要：本文介绍了空气源热泵机组的种类和发展；分析了空气源热泵机组在全负荷和部分负荷下的性能系数；对冬季和夏季的能耗问题进行了讨论；通过与水冷式冷水机组系统的比较，分析了空气源热泵系统的特点；并且借鉴了一些国外的空气源热泵技术，对空气源热泵机组的应用与展望进行了探讨。
　　关键词：空气源热泵 热泵系统 性能系数
　　1.1 绪论
　　1.1.1 专题背景
　　随着改革开放和大规模的基本建设的发展、人们对于生活环境的要求越来越高，空调系统作为室内空气参数的主要调节装置也就相应的越来越普及。人们对空调的要求也从原1来的夏季制冷发展到冬暖夏凉，发展到对空气品质的进一步要求。而且在能源紧缺、强调可持续发展的今天，在某些大城市和特殊地区，出于环保的考虑限制使用锅炉供暖，于是电动热泵技术成了人们的首选。其中又以空气源热泵冷热水机组较为常见。
　　1.1.2 空气源热泵机组的特点
　　空气源热泵冷热水机组是由制冷压缩机、空气/制冷剂换热器、水/制冷剂换热器、节流机构、四通换向阀等设备与附件及控制系统等组成的可制备冷、热水的设备。按机组的容量大小分，又分为别墅式小型机组（制冷量10.6～52.8Kw），中、大型机组（制冷量70.3～1406.8kW）。其主要优点如下：
　　（1）用空气作为低位热源，取之不尽，用之不竭，到处都有，可以无偿地获取；
　　（2）空调系统的冷源与热源合二为一；夏季提供7℃冷冻水，冬季提供45~50℃热水，一机两用；
　　（3）空调水系统中省去冷却水系统；
　　（4）无需另设锅炉房或热力站；
　　（5）要求尽可能将空气源热泵冷水机组布置在室外，如布置在裙房楼顶上、阳台上等，这样可以不占用建筑屋的有效面积；
　　（6）安装简单，运行管理方便
　　（7）不污染使用场所的空气，有利于环保；
　　1.2 空气源热泵机组的种类和发展
　　1.2.1 分类
　　1.从热输配对象分为：空气/水-空气源热泵冷热水机组，空气/空气-空气源热泵冷热水机组；
　　2.从容量分为：小型（7kW以下），中型，大型（>70kW）；
　　3.从压缩机型式分为：涡旋式、转子式，活塞式，螺杆式，离心式；
　　4.从功能分为：一般功能的空气源热泵冷热水机组，热回收型的空气源热泵冷热水机组，冰蓄冷型的空气源热泵冷热水机组；
　　5.从驱动方式分为：燃气直接驱动和电力驱动。
　　1.2.2 发展
　　80年代中期以前空气源热泵冷水机组大多采用半封闭往复式多机头压缩机。由于调节灵活和压缩机性能及换热器性能的改善，机组的性能不断提高。但在80年代中期以后，螺杆式压缩机的技术进步很快。它比压缩式零部件少（为活塞式的十分之一），结构简单，无进排气阀，噪声低，可无级调节，压缩比大而对容积效率影响不大，故特别适用于气候偏寒地区的空气源热泵和采用冰蓄冷的装置。因此空气源热泵冷热水机组采用螺杆式压缩机的越来越广泛，而且目前螺杆式压缩机大多采用R-22为冷媒，可延续到2030年才会被禁用。其价格比起其它代替冷媒要便宜的多。目前使用R-22的螺杆式压缩机的制冷量范围为：140～3600kW.
　　1.3 空气源热泵机组的性能系数cop
　　1.3.1 全负荷时的cop
　　某一工况下，热泵出力于热泵入力（功耗）之比为性能系数cop，它是评价热泵装置的重要指标。通过分析，不论何种主机，出水温度对cop的影响，冬季（共热）比夏季（供冷）大的多。
　　1.3.2 部分负荷时的cop
　　估量空气热源热泵机组全年运行的经济时，必须了解各机种的部分负荷性能。部分负荷特性Ф是指制冷机运行负荷率q（%）与耗功率N（%）之比。在夏季，它同样受室外温度影响（t出口一定）或出水温度影响（t室外一定），而部分负荷性能系数cop‘=Фcop全。根据具体情况，部分负荷时的cop’有可能大于满负荷时的cop，这是由于压缩机能量调节（卸缸或调速等）而冷凝器、蒸发器的传热面积和风量等未能调整而改善了工况，才使机组的部分负荷性能提高。