【中國(guó)制冷網(wǎng)】在北方農(nóng)村供暖“煤改電”工程加速推進(jìn)與實(shí)施的過程中,作為普通冷暖型空調(diào)的升級(jí)形式,低環(huán)境溫度空氣源熱泵熱風(fēng)機(jī)具有產(chǎn)品價(jià)格低、系統(tǒng)形式簡(jiǎn)單、安裝方便、運(yùn)行可靠、控制靈活等特點(diǎn),正越來越多地被人們所認(rèn)識(shí)和接受,相關(guān)技術(shù)發(fā)展迅猛,有望成為“煤改電”設(shè)備中的主力機(jī)型。本文針對(duì)目前低環(huán)境溫度空氣源熱泵熱風(fēng)機(jī)產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)未出臺(tái)、認(rèn)識(shí)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(xiàng)目的開展提供指導(dǎo)與借鑒。

　　1、低環(huán)境溫度空氣源熱泵熱風(fēng)機(jī)產(chǎn)品定義與歸類劃分

　　1.1 熱泵屬于制冷設(shè)備的范疇

　　要理清低環(huán)境溫度空氣源熱泵熱風(fēng)機(jī)的產(chǎn)品歸類范圍,需從熱泵的概念先說起。我國(guó)機(jī)械工業(yè)部制定的標(biāo)準(zhǔn)《制冷設(shè)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(tǒng),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(tǒng)也可以用來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(tǒng),屬于制冷設(shè)備。對(duì)于前期有些政府在熱泵設(shè)備招標(biāo)過程中對(duì)制冷設(shè)備經(jīng)營(yíng)范圍不予認(rèn)可的行為是不合規(guī)的。

　　1.2 低環(huán)境溫度空氣源熱泵熱風(fēng)機(jī)屬空調(diào)類

　　目前,低環(huán)境溫度空氣源熱泵熱風(fēng)機(jī)的相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范正在起草,根據(jù)規(guī)范的征求意見稿定義為“由電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的蒸氣壓縮制冷循環(huán),以空氣為熱(冷)源的熱泵(氟)機(jī)組,從室外低溫空氣吸熱并向室內(nèi)放熱,使室內(nèi)空氣升溫的制冷系統(tǒng),并能在不低于-20℃的環(huán)境溫度里制取熱風(fēng)的機(jī)組。”

　　而從熱泵的定義能夠看出,熱泵制熱過程與制冷過程是反向的,這與冷暖型空調(diào)的原理完全一致。當(dāng)熱泵運(yùn)行的目的是直接調(diào)節(jié)室內(nèi)空氣時(shí),該類設(shè)備即可稱為“空調(diào)”。因此,低環(huán)境溫度空氣源熱泵熱風(fēng)機(jī)在空調(diào)范疇中。

　　在2017年低環(huán)境溫度空氣源熱泵熱風(fēng)機(jī)命名還未明確時(shí),專家在政府招標(biāo)的技術(shù)論證文件中分別采用的名稱為“超低溫采暖空調(diào)器”、“超低溫空調(diào)器”。所以低環(huán)境溫度空氣源熱泵熱風(fēng)機(jī)屬于空調(diào)毋庸置疑。

　　2、普通冷暖型空調(diào)在寒冷地區(qū)采暖存在的問題

　　普通冷暖型空調(diào)在夏熱冬冷的長(zhǎng)江中下游地區(qū)采暖中得到了廣泛應(yīng)用,但是在寒冷的北方地區(qū)使用效果不佳。我國(guó)寒冷地區(qū)冬季氣候干燥,即便氣溫較低,空調(diào)的結(jié)霜現(xiàn)象也不會(huì)太嚴(yán)重。制約空調(diào)在寒冷地區(qū)采暖應(yīng)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

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

　　2.2 低溫環(huán)境下運(yùn)行可靠性差或無(wú)法正常運(yùn)行

　　隨著環(huán)境溫度的降低,循環(huán)工質(zhì)的吸氣壓力降低,導(dǎo)致壓縮機(jī)壓縮比不斷增大,排氣溫度迅速升高。當(dāng)室外溫度降到一定值時(shí),壓縮機(jī)排氣溫度會(huì)超過允許的工作范圍,壓縮機(jī)自動(dòng)停機(jī)保護(hù),機(jī)組停止正常工作。同時(shí),隨著壓縮機(jī)排氣溫度升高,潤(rùn)滑劑受熱后粘度急劇下降,潤(rùn)滑性能變差,出現(xiàn)壓縮機(jī)頻繁啟停的狀況。

　　2.3 熱舒適性差

　　普通空調(diào)室內(nèi)機(jī)采用側(cè)送風(fēng)方式,導(dǎo)致送風(fēng)口及上部區(qū)域溫度高,人員活動(dòng)區(qū)溫度較低,垂直方向出現(xiàn)溫度分層。在北方農(nóng)村地區(qū),農(nóng)戶家中現(xiàn)有空調(diào)大部分是常規(guī)的定頻空調(diào),低溫環(huán)境下制熱量較低,供熱能力不足。加上一些農(nóng)村地區(qū)電網(wǎng)不穩(wěn)定,在極低電壓條件下定頻空調(diào)無(wú)法正常運(yùn)轉(zhuǎn)。再加之農(nóng)村地區(qū)房屋空間和層高相比城鎮(zhèn)商品住宅更大、更高,采用常規(guī)定頻空調(diào)供暖,室內(nèi)溫升速度相對(duì)緩慢,這些都是導(dǎo)致熱舒適性體驗(yàn)不佳的原因。

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

　　3.1 系統(tǒng)原理

　　為解決普通冷暖型空調(diào)在北方寒冷地區(qū)制熱所出現(xiàn)的問題,低環(huán)境溫度空氣源熱泵熱風(fēng)機(jī)應(yīng)運(yùn)而生。舉例說明雙級(jí)增焓壓縮轉(zhuǎn)子式低環(huán)境溫度空氣源熱泵熱風(fēng)機(jī)技術(shù)的解決方案,具體系統(tǒng)運(yùn)行原理如下圖所示。

　　該系統(tǒng)主要由雙級(jí)壓縮轉(zhuǎn)子式變頻壓縮機(jī)、閃蒸器、蒸發(fā)器、冷凝器、節(jié)流閥A、節(jié)流閥B等部件組成,雙級(jí)壓縮轉(zhuǎn)子式變頻壓縮機(jī)的兩個(gè)氣缸分別承擔(dān)低壓級(jí)壓縮和高壓級(jí)壓縮。

　　從蒸發(fā)器出來的低壓制冷劑蒸汽s*先進(jìn)入低壓級(jí)壓縮機(jī)壓縮至中間壓力(過程 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(xù)進(jìn)入高壓級(jí)壓縮機(jī)壓縮至冷凝壓力(過程6-7),接著進(jìn)入冷凝器向室內(nèi)空氣放熱后冷凝成制冷劑液體(過程7～9)。從冷凝器出來的高壓制冷劑液體s*先經(jīng)過節(jié)流閥A一次節(jié)流變?yōu)闅庖后w混合物(過程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(jié)流閃發(fā)的氣態(tài)制冷劑上升,與低壓級(jí)壓縮機(jī)的排氣混合后進(jìn)入高壓級(jí)壓縮機(jī);閃蒸器中的液態(tài)制冷劑經(jīng)過節(jié)流閥B二次節(jié)流變?yōu)榈蜏氐蛪阂后w(過程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?過程5～1),然后進(jìn)入低壓級(jí)壓縮機(jī)開始新的循環(huán)。

　　綜上,系統(tǒng)采用二次節(jié)流不完全冷卻的雙級(jí)壓縮熱泵循環(huán),與相同工況下的單級(jí)壓縮相比,壓縮機(jī)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(tǒng)采用的雙級(jí)變?nèi)菁夹g(shù)與單級(jí)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(shù)。為低環(huán)境溫度空氣源熱泵熱風(fēng)機(jī)在寒冷地區(qū)的采暖應(yīng)用提供了可靠技術(shù)保證。

　　3.2 產(chǎn)品特點(diǎn)與優(yōu)勢(shì)

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

　　(1)拓展了空氣源熱泵的使用范圍,實(shí)現(xiàn)不使用電輔熱的情況下,機(jī)組可在室外-30℃低溫環(huán)境下穩(wěn)定運(yùn)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(jī)的制熱能效比普通冷暖空調(diào)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(xiàn)制熱量在-20℃、-30℃的環(huán)境下均無(wú)衰減;

　　(4)用戶能夠自行設(shè)定出風(fēng)溫度,從而實(shí)現(xiàn)恒溫送風(fēng);

　　(5)設(shè)備出風(fēng)產(chǎn)生空氣對(duì)流,房間溫度升溫極快,室內(nèi)溫度能夠達(dá)到用戶采暖要求。

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

　　4、結(jié)論

　　(1)低環(huán)境溫度空氣源熱泵熱風(fēng)機(jī)隸屬空調(diào)的范疇,能夠?qū)崿F(xiàn)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(jī)有效的克服并解決了普通冷暖型空調(diào)在寒冷地區(qū)制熱所存在的問題,使機(jī)組能夠持續(xù)穩(wěn)定供熱;

　　(3)結(jié)合補(bǔ)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(jī)在未來的“煤改電”市場(chǎng)前景巨大。