根據(jù)ＩＥＡ（Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｅｎｅｒｇｙ Ａｇｅｎｃｙ）有關(guān)調(diào)查，空氣源熱泵現(xiàn)已占全球熱泵用量的２７％。

 

  我國家用空調(diào)器中，約７０％以上為空氣源熱泵型空調(diào)器［１］。空氣源熱泵的“再生能源＋高位能源—供暖—廢棄物—再生能源”的部分能量閉環(huán)反饋式循環(huán)過程的供暖（冷）模式是一種先進(jìn)的用能模式，其節(jié)能和環(huán)保特性注定空氣源熱泵在暖通空調(diào)中的應(yīng)用將越來越廣泛。然而，實(shí)踐表明，現(xiàn)階段空氣源熱泵的運(yùn)行效果還不理想，主要表現(xiàn)為２個(gè)方面：空氣源熱泵的低溫適應(yīng)性和空氣源熱泵的結(jié)霜及除霜問題。

 

  空氣源熱泵室外換熱器的結(jié)霜和除霜問題是造成空氣源熱泵運(yùn)行效果不理想的一個(gè)主要原因。張建中等對南京采用空氣源熱泵冷（熱）水機(jī)組作為空調(diào)冷熱源的１８９項(xiàng)工程調(diào)查表明，其中運(yùn)行良好的占１５％，運(yùn)行效果差的占１５％，７０％的機(jī)組運(yùn)行效果居中。其他地區(qū)（如杭州、成都、長沙等）也發(fā)現(xiàn)類似情況，其主要問題就是空氣源熱泵結(jié)霜問題［２］。當(dāng)空氣源熱泵機(jī)組結(jié)霜運(yùn)行時(shí)，隨著霜層的增厚，空氣源熱泵將出現(xiàn)蒸發(fā)溫度下降、制熱量下降、風(fēng)機(jī)性能衰減、電流增大等現(xiàn)象，嚴(yán)重時(shí)甚至燒毀壓縮機(jī)。因此，需用周期性除霜解決這些問題。

 

  空氣源熱泵的低溫適應(yīng)性是制約空氣源熱泵推廣應(yīng)用的另一主要原因。運(yùn)行實(shí)踐表明，空氣源熱泵應(yīng)用于黃河流域、華北等寒冷地區(qū)，其性能非常低，甚至無法運(yùn)行。主要原因：空氣源熱泵應(yīng)用于寒冷地區(qū)時(shí)，隨著室外環(huán)境溫度的降低，制冷劑質(zhì)量流量下降，供熱量急劇減少，壓縮機(jī)排氣溫度隨著壓縮比的升高而急劇升高，使機(jī)組無法正常運(yùn)行或運(yùn)行可靠性降低，長期運(yùn)行必然會嚴(yán)重?fù)p壞壓縮機(jī)。鑒于傳統(tǒng)的空氣源熱泵在低溫環(huán)境下制熱性能和運(yùn)行可靠性差的問題，２００２年美國能源部將寒冷氣候下工作的熱泵列為商業(yè)建筑暖通空調(diào)系統(tǒng)最具節(jié)能潛力的１５項(xiàng)技術(shù)措施之一。

 

  學(xué)者研究表明，空氣源熱泵在－６～５℃之間，相對濕度在６５％以上的氣象條件下運(yùn)行時(shí)，室外換熱器表面最易結(jié)霜［４］。根據(jù)文獻(xiàn)［５］，我國華北地區(qū)和黃河流域?yàn)檩p度結(jié)霜區(qū)。因此，在這些地區(qū)結(jié)霜并不是影響空氣源熱泵的主要問題，空氣源熱泵主要問題表現(xiàn)為其低溫適用性問題。而在我國長江流域、華南等地區(qū)，雖然冬季空氣溫度較高，但空氣源熱泵的結(jié)霜問題嚴(yán)重，導(dǎo)致其運(yùn)行的穩(wěn)定性和可靠性較低，嚴(yán)重制約其推廣應(yīng)用。因此，綜合空氣源熱泵在我國南方和北方的推廣應(yīng)用，必須解決其結(jié)霜和低溫適用性問題，這也是近年來國內(nèi)學(xué)者研究的熱點(diǎn)。

 

  １ 空氣源熱泵結(jié)霜問題的研究現(xiàn)狀與趨勢

 

  空氣源熱泵結(jié)霜是制約空氣源熱泵高效運(yùn)行的一個(gè)瓶頸，圍繞結(jié)霜和除霜這一熱點(diǎn)問題，國內(nèi)外學(xué)者開展了很多研究工作，主要包括結(jié)霜的研究、防止或延緩結(jié)霜的研究及除霜的研究。

 

  １．１ 空氣源熱泵結(jié)霜研究

 

  １．１．１ 結(jié)霜理論研究

 

  結(jié)霜是一個(gè)非常復(fù)雜的過程，也是研究除霜和防止或延緩結(jié)霜問題的基礎(chǔ)。孫玉清等引進(jìn)成核理論、晶體動力學(xué)理論和氣象學(xué)有關(guān)理論，建立了較為精確的結(jié)霜數(shù)學(xué)物理模型，進(jìn)行了抑制結(jié)霜方面的研究［６］。Ａｍｅｅｎ Ｆ．Ｒ．等從理論和實(shí)驗(yàn)２個(gè)方面研究了結(jié)霜對蒸發(fā)器傳熱特性及熱泵性能的影響［７］。姚楊采用分布參數(shù)法，在熱質(zhì)平衡及壓力平衡的基礎(chǔ)上建立了空氣－空氣熱泵蒸發(fā)器的數(shù)學(xué)模型［８］。Ｋｏｎｄｅｐｕｄｉ Ｓ．Ｎ．等將結(jié)霜模型和傳熱特性相結(jié)合進(jìn)行了討論，建立了較為詳細(xì)的翅片管換熱器結(jié)霜模型［９］。夏凊等將結(jié)霜過程視為準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)過程，建立了翅片管式蒸發(fā)器結(jié)霜工況下的數(shù)學(xué)模型，并分析了結(jié)霜對蒸發(fā)器性能的影響［１０］。

 

  １．１．２ 結(jié)霜實(shí)驗(yàn)研究

 

  對于復(fù)雜幾何形狀的翅片管式換熱器，由于影響霜層增長及霜特性的因素很多，且換熱器表面形狀非常復(fù)雜，目前對于這種換熱器結(jié)霜過程的研究多為實(shí)驗(yàn)性的。Ｋｏｎｄｅｐｕｄｉ Ｓ．Ｎ．等通過實(shí)驗(yàn)研究了不同的翅片結(jié)構(gòu)對換熱器結(jié)霜狀態(tài)下性能的影響［９］。郭憲民、于兵等采用對結(jié)霜的動態(tài)過程拍照后再進(jìn)行計(jì)算機(jī)圖像處理的方法，對復(fù)雜幾何形狀表面的結(jié)霜及其沿空氣流動方向結(jié)霜厚度分布情況進(jìn)行定量分析，為翅片管蒸發(fā)器動態(tài)結(jié)霜過程的模擬提供定量化的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)［１１－１２］。吳曉敏等針對強(qiáng)制對流條件下結(jié)霜現(xiàn)象開展了實(shí)驗(yàn)研究，認(rèn)為隨著空氣流速的增大，過冷水珠存續(xù)時(shí)間先縮短后延長，凍結(jié)粒徑卻不斷增大，而空氣流速對初始霜晶形狀的影響不大［１３］。

 

  通過國內(nèi)外學(xué)者多年的理論和實(shí)驗(yàn)研究，已經(jīng)掌握有關(guān)結(jié)霜的物理過程和結(jié)霜規(guī)律，為下一步的防止或延緩結(jié)霜和除霜的研究打下了良好的基礎(chǔ)。

 

  １．２ 防止或延緩結(jié)霜方法的研究

 

  １．２．１ 改變室外換熱器周圍環(huán)境參數(shù)

 

  室外換熱器周圍的空氣狀態(tài)與其表面結(jié)霜與否和多少關(guān)系密切，一些學(xué)者對改變換熱器周圍環(huán)境參數(shù)以防止或延緩結(jié)霜進(jìn)行了研究。ＫｏｎｄｅｐｕｄｉＳ．等在室外換熱器入口布置固體除濕劑降低室外換熱器入口空氣的含濕量從而抑制結(jié)霜，但研究發(fā)現(xiàn)固體除濕劑在最初的時(shí)間內(nèi)能夠有效地抑制結(jié)霜，然而隨著除濕劑吸收水蒸氣能力的減弱，抑制結(jié)霜的作用也逐漸失效［１４］。Ｗａｎｇ Ｓ．Ｗ．等在蒸發(fā)器空氣入口處安裝一個(gè)吸附床來降低入口空氣濕度，從而抑制蒸發(fā)器表面結(jié)霜，但該系統(tǒng)只能間歇運(yùn)行，惡劣天氣沒有太陽照射時(shí)，吸附床的再生主要靠吸附床內(nèi)的電加熱器完成。馬最良等提出帶輔助室外換熱器的熱泵系統(tǒng)，供熱工況運(yùn)行時(shí)，輔助室外換熱器可以提高主室外換熱器周圍的空氣溫度，從而達(dá)到延緩結(jié)霜的目的。

 

  １．２．２ 改變機(jī)組系統(tǒng)流程或蒸發(fā)器結(jié)構(gòu)參數(shù)在改變空氣源熱泵系統(tǒng)流程方面，國內(nèi)外學(xué)者研究較少。Ｂｙｕｎ Ｊ．Ｓ．等在壓縮機(jī)出口與蒸發(fā)器入口之間加一根旁通管，通過增加旁通管內(nèi)的制冷劑流量抑制蒸發(fā)器表面結(jié)霜，但是由于蒸發(fā)器入口溫度的提高，導(dǎo)致了系統(tǒng)制熱量的下降。

 

  馬最良等在熱泵系統(tǒng)的室內(nèi)換熱器中設(shè)置一個(gè)制冷劑電加熱器來達(dá)到延緩結(jié)霜的目的。當(dāng)接通電加熱器時(shí)，該系統(tǒng)工質(zhì)壓力、溫度較普通系統(tǒng)高，使室外換熱器表面溫度比一般熱泵系統(tǒng)高１～２℃，從而有效地延緩結(jié)霜時(shí)間。但此系統(tǒng)工藝復(fù)雜并消耗電能。

 

  在改變蒸發(fā)器結(jié)構(gòu)方面，有學(xué)者研究了增大蒸發(fā)器換熱面積對延緩結(jié)霜的影響。結(jié)果表明，當(dāng)室外蒸發(fā)器面積增大１倍后，熱泵機(jī)組的蒸發(fā)溫度平均提高約２．５℃，機(jī)組結(jié)霜時(shí)間減少了５．１％～８２．９６％。此外，學(xué)者通過研究還發(fā)現(xiàn)，增加氣流入口處沿氣流方向的肋片尺寸，可以減少其結(jié)霜的傾向；增大翅片間距可以延緩結(jié)霜，對于不同濕度的地區(qū)翅片間距應(yīng)取不同的值。

 

  １．２．３ 改變蒸發(fā)器表面特性

 

  國內(nèi)外一些學(xué)者基于表面處理技術(shù)進(jìn)行了抑制結(jié)霜研究。王賢林等認(rèn)為，在室外換熱器表面添加疏水鍍層可使水滴更容易脫落，從而達(dá)到延緩結(jié)霜的目的。Ｒｙｕｎ Ｓ．Ｇ．等研究表明，親水性表面上霜層比普通表面上霜層要薄，其表面結(jié)霜密度更大，并且隨著相對濕度的增大親水性涂層延緩結(jié)霜的能力逐漸降低。Ｊｈｅｅ Ｓ．等研究發(fā)現(xiàn)疏水處理延緩結(jié)霜效果明顯優(yōu)于親水處理。

 

  盡管目前人們針對延緩結(jié)霜做了大量研究工作，部分技術(shù)可以起到延緩結(jié)霜的作用，但是由于受到應(yīng)用條件、效率、技術(shù)和經(jīng)濟(jì)等方面的制約，防止或延緩結(jié)霜的研究還沒有取得大的突破性進(jìn)展，尚未找到一種切實(shí)可行的方式。

 

  １．３ 空氣源熱泵除霜特性及控制方法的研究空氣源熱泵除霜方法有人工或機(jī)械清除室外換熱器上的結(jié)霜、電加熱器或蒸汽加熱器融霜、淋水除霜、熱氣除霜等。隨著自動控制技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，從節(jié)省勞動力和節(jié)能上考慮，熱氣除霜法成為目前主要的除霜方法。

 

  １．３．１ 空氣源熱泵除霜特性研究

 

  除霜過程是一個(gè)非常復(fù)雜的過程，國內(nèi)外很多研究人員對其進(jìn)行了研究。主要包括除霜數(shù)學(xué)模型研究和實(shí)驗(yàn)研究及除霜影響因素研究。

 

  １）在理論研究方面，早在１９７４年Ｓａｎｄｅｒｓ建立了蒸發(fā)器除霜數(shù)學(xué)模型，其蒸發(fā)水量求解方程成為后人研究除霜問題常用的方程，Ｏ’Ｎｅａｌ Ｄ．Ｌ．通過實(shí)驗(yàn)分析室外換熱器表面溫度等參數(shù)在除霜過程中的變化，認(rèn)為其模型是可行的［２３］。１９９２年，Ｋｒａｋｏｗ Ｋ．Ｉ．等基于電加熱融霜實(shí)驗(yàn)，提出了霜層融化過程的數(shù)學(xué)物理模型是目前最接近實(shí)際的模型［２４－２５］。在國內(nèi)，黃虎在對蒸發(fā)器融霜過程簡化的基礎(chǔ)上，建立了霜層融化數(shù)學(xué)模型［２６］。劉志強(qiáng)提出了一個(gè)四通閥換向后系統(tǒng)高低壓平衡重新建立的數(shù)學(xué)模型，并開展了現(xiàn)場實(shí)驗(yàn)研究，計(jì)算結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果吻合良好［２７］。韓志濤基于除霜實(shí)驗(yàn)測得的室外換熱器翅片管表面溫度分布，建立了室外換熱器表面水蒸發(fā)動態(tài)模型，通過對除霜過程中各部分能量所占比例進(jìn)行了分析，認(rèn)為常規(guī)除霜的能量主要來自壓縮機(jī)作功和從供熱環(huán)境吸熱，二者大約各占４０％［２８］。陳旭峰等研究了空氣源熱泵逆循環(huán)除霜時(shí)能量分配，并建議利用壓縮機(jī)蓄熱的方法來降低除霜能耗［２９］。

 

  ２）除霜影響因素研究。在所有部件中，節(jié)流裝置、高壓儲液器及氣液分離器對融霜的影響尤為明顯。Ｄｉｎｇ Ｙ．Ｊ．等對采用電子膨脹閥和熱力膨脹閥的除霜過程進(jìn)行了研究，認(rèn)為采用電子膨脹閥可有效地縮短融霜時(shí)間。Ｎｕｔｔｅｒ Ｄ．Ｗ．等通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)從系統(tǒng)中去除氣液分離器可使除霜時(shí)間減少１０％，而整個(gè)系統(tǒng)綜合ＣＯＰ 只降低了２％。Ｎｕｔｔｅｒ Ｄ．Ｗ．等還提出在氣液分離器加設(shè)電阻絲加熱制冷劑的除霜方法，實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示系統(tǒng)綜合ＣＯＰ 上升了３．１％，而除霜循環(huán)時(shí)間縮短了１１％。唐黎明等認(rèn)為熱泵機(jī)組除霜效果差的主要原因是系統(tǒng)制冷劑充注量不足，指出使用制冷劑補(bǔ)償器代替高壓儲液器更能縮短除霜時(shí)間，并通過實(shí)驗(yàn)證明效果明顯。Ａｎａｎｄ Ｎ．Ｋ．等研究了提前開啟風(fēng)機(jī)對除霜的影響，認(rèn)為提前開啟風(fēng)機(jī)能夠降低室內(nèi)外盤管中制冷劑的壓力，從而降低系統(tǒng)恢復(fù)制熱運(yùn)行時(shí)對壓縮機(jī)和制冷劑管路的機(jī)械沖擊，認(rèn)為提前２０ ｓ開啟風(fēng)機(jī)比較理想。

 

  黃東等也針對提前開啟風(fēng)機(jī)對除霜的影響進(jìn)行了研究，認(rèn)為提前開啟風(fēng)機(jī)可有效地避免除霜時(shí)因排氣壓力過高而導(dǎo)致系統(tǒng)停機(jī)。

 

  １．３．２ 空氣源熱泵除霜控制策略的研究

 

  韓志濤等指出由于除霜控制方法的問題，大約２７％的除霜是在翅片表面結(jié)霜不嚴(yán)重、不需要除霜的情況下進(jìn)行的，甚至造成誤除霜。這既造成了能量的浪費(fèi)，又降低了供熱效率和室內(nèi)環(huán)境的舒適性。除霜控制的目標(biāo)是按需除霜，方法主要有以下幾種：定時(shí)控制法、時(shí)間－溫度法、電流控制法、空氣壓差除霜控制法、室內(nèi)外雙傳感器除霜法、霜層傳感器法、最佳除霜時(shí)間控制法、最大平均供熱量法、最大周期供熱系數(shù)法。一些學(xué)者把模糊控制應(yīng)用到除霜中，提出了模糊智能控制除霜法。雖然除霜控制方法眾多，但并不完善，還不成熟，仍須繼續(xù)研究。實(shí)際運(yùn)行中仍很難做到按需除霜，除霜過程的穩(wěn)定性與可靠性遠(yuǎn)沒有解決。主要問題在于，一些判定結(jié)霜或除霜結(jié)束與否的表觀參數(shù)如時(shí)間、溫度、壓差等難以準(zhǔn)確反映熱泵結(jié)霜和融霜實(shí)際工況，一些通過理論獲得的控制參數(shù)如最大平均供熱量、最大周期供熱系數(shù)、最佳除霜時(shí)間，在實(shí)際中很難操作。

 

  ２ 空氣源熱泵低溫適用性的研究

 

  從目前研究文獻(xiàn)可以看出，改善空氣源熱泵低溫適用性的研究主要有以下幾個(gè)方面：改變蒸發(fā)器結(jié)構(gòu)及其運(yùn)行環(huán)境溫度，采用新型制冷工質(zhì)、雙級耦合和雙級壓縮技術(shù)、帶有經(jīng)濟(jì)器的熱泵系統(tǒng)、變頻技術(shù)。其中變頻技術(shù)多采用與雙級壓縮和經(jīng)濟(jì)器的熱泵系統(tǒng)相結(jié)合的方式，因此不再單獨(dú)介紹。

 

  ２．１ 改變蒸發(fā)器結(jié)構(gòu)及其運(yùn)行環(huán)境溫度

 

  王鐵軍等提出３項(xiàng)有利于提高低溫?zé)岜?/a>的制熱量的措施：增大蒸發(fā)器迎風(fēng)面積、增加管程數(shù)量和在換熱器的下部增設(shè)防霜盤管［３７］。川合信夫等介紹了通過優(yōu)化百葉窗切口數(shù)量、結(jié)構(gòu)以及肋片上的凸緣結(jié)構(gòu)而制成的低壓損肋片提高其蒸發(fā)器換熱性能，從而提高低溫?zé)岜?/a>性能的技術(shù)［３８］。除此之外，還有日本學(xué)者建議在室外低溫時(shí)采用煤油加熱器加熱輔助蒸發(fā)器來提高熱泵制熱量和制熱性能系數(shù)［３９－４０］。然而，有學(xué)者認(rèn)為該系統(tǒng)獲取的是有代價(jià)的熱源，且也不是百分之百地能夠得到利用，對其應(yīng)用前景并不看好。

 

  ２．２ 采用新型制冷工質(zhì)

 

  開利公司研制出２種類型的使用非共沸工質(zhì)的空氣源熱泵系統(tǒng)。該系統(tǒng)隨著環(huán)境溫度的變化可以改變參加循環(huán)的制冷劑組分。此系統(tǒng)型式復(fù)雜，采用此技術(shù)的障礙是如何根據(jù)實(shí)際狀況確定制冷劑的組成、充注量，如何解決制冷劑的泄漏速度差異對系統(tǒng)熱力性能的影響［４１－４２］。Ｓｔｅｆａｎ Ｓ．Ｂｅｒｔｓｃｈ等采用Ｒ５０７Ａ 和Ｒ４０４Ａ 工質(zhì)，在高壓縮比下仍可穩(wěn)定運(yùn)行，但是相對其他低溫?zé)岜?/a>系統(tǒng)來說，ＣＯＰ 相對較低［４３］。Ｓａｍｉ Ｓ．Ｍ．等提出使用非共沸制冷劑，通過改變系統(tǒng)中混合工質(zhì)的成分等方法改善與調(diào)節(jié)在空氣源熱泵低溫環(huán)境下的制熱性能［４４］。然而，目前還沒有看到相關(guān)的產(chǎn)品在市場上銷售。

 

  ２．３ 雙級耦合／雙級壓縮／復(fù)疊式熱泵技術(shù)針對單級系統(tǒng)低溫工況下制熱性能低、排氣溫度高的特點(diǎn)，國內(nèi)一些學(xué)者提出了雙級壓縮／雙級耦合／復(fù)疊式熱泵技術(shù)。石文星等把變頻技術(shù)和雙級壓縮技術(shù)有效結(jié)合，提出了雙級壓縮變頻空氣源熱泵系統(tǒng)。研究表明：在冷凝溫度５０℃和蒸發(fā)溫度－２５℃工況下，系統(tǒng)制熱性能系數(shù)高于２．０，壓縮機(jī)排氣溫度低于１２０℃，可以在－１８℃以上的室外低溫環(huán)境中滿足寒冷地區(qū)冬季供暖需要。但是，對壓縮機(jī)制造工藝要求的提高，系統(tǒng)高頻運(yùn)行時(shí)的回油問題、電磁兼容問題以及昂貴的變頻器價(jià)格都是這一方案大規(guī)模推廣的障礙。

 

  武文彬等將兩級壓縮制冷循環(huán)用于空氣源熱泵熱水器以解決空氣源熱泵熱水器低溫適應(yīng)性的問題，其雙級壓縮循環(huán)壓縮比低于普通單級壓縮循環(huán)壓縮比，系統(tǒng)制熱量始終大于單級壓縮循環(huán)制熱量，系統(tǒng)能效比（ＣＯＰ）在－２０℃環(huán)境溫度下依然能夠保持在１．５左右。

 

  除雙級壓縮技術(shù)以外，國內(nèi)外一些學(xué)者還提出了雙級耦合技術(shù)和復(fù)疊式熱泵技術(shù)，對解決空氣源熱泵的低溫適用性問題起到了非常有益的幫助。如馬最良等提出雙級耦合熱泵系統(tǒng)，利用空氣源熱泵從室外空氣中吸取熱量，制取１０～２０℃的水作為水源熱泵的低位熱源，再制取較高溫熱水向建筑物供暖，使熱泵機(jī)組低溫運(yùn)行范圍有效擴(kuò)大。余延順等提出了一種復(fù)疊熱泵機(jī)組，該機(jī)組通過電磁閥可以在單級與復(fù)疊循環(huán)間切換。

 

  計(jì)算結(jié)果表明，該機(jī)組在冬季較低的室外環(huán)境溫度下能夠節(jié)能運(yùn)行。

 

  ２．４ 采用經(jīng)濟(jì)器系統(tǒng)

 

  經(jīng)濟(jì)器系統(tǒng)分為過冷器系統(tǒng)和閃發(fā)器系統(tǒng)。

 

  雖然早在上個(gè)世紀(jì)８０年代初，Ｎｏｂｕｋａｔｓｕ Ａｒａｉ提出的帶閃發(fā)器的渦旋式壓縮機(jī)注氣系統(tǒng)在低溫工況下可以提高制熱性能１５％左右［５０］，然而在早期的研究中，帶有經(jīng)濟(jì)器的熱泵系統(tǒng)的研究一直局限于低溫制冷領(lǐng)域，因此其研究一般針對制冷容量較大的螺桿式壓縮機(jī)，很少應(yīng)用于小型戶式空氣源熱泵，因而這種準(zhǔn)二級壓縮的研究長期以來一直局限于低溫制冷的情況。如在８０年代中期，Ｎｏｂｕｋａｔｓｕ Ａｒａｉ等提出了帶經(jīng)濟(jì)器的準(zhǔn)二級壓縮制冷系統(tǒng)，該系統(tǒng)在－３０℃工況下完全可以取代雙級壓縮系統(tǒng)，蒸發(fā)溫度在－１５～－４０℃范圍內(nèi)，可以使得制冷量增大１９％～４４％，制冷系數(shù)提高７％～３０％［５１－５２］。針對帶有經(jīng)濟(jì)器的螺桿式制冷機(jī)組，國內(nèi)外多名學(xué)者從理論上進(jìn)行了研究。鄔志敏將理想氣體狀態(tài)方程以及等熵壓縮過程方程引入中間補(bǔ)氣過程的能量平衡方程，但是沒有考慮補(bǔ)氣過程壓縮機(jī)工作腔容積的變化，而是用一個(gè)等容混合－絕熱增壓過程來分析補(bǔ)氣混合過程［５３］。肖大綱考慮了補(bǔ)氣過程的容積變化較大的特點(diǎn)，分析了不同制冷工質(zhì)、壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速、補(bǔ)氣孔口大小等因素對系統(tǒng)制冷量和制冷系數(shù)等的影響，分析準(zhǔn)二級壓縮制冷系統(tǒng)的性能變化［５４］。但是這些研究都是圍繞制冷過程開展的，沒有考慮過壓縮、欠壓縮對經(jīng)濟(jì)器系統(tǒng)的影響。

 

  Ａｓｉｔ Ｋ．Ｄｕｔｔａ等提出采用帶噴液旁路的渦旋式壓縮機(jī)系統(tǒng)解決低溫工況制熱時(shí)的排氣溫度過高問題，日立公司推出的Ｊ系列熱泵空調(diào)機(jī)組，現(xiàn)場實(shí)際測試表明其可以在－１５℃以上的條件下正常工作［５５］。馬國遠(yuǎn)等提出帶輔助進(jìn)氣口的渦旋式壓縮機(jī)空氣源熱泵，用來提高空氣源熱泵在低溫工況下的制熱性能。經(jīng)過研究，帶輔助進(jìn)氣口的準(zhǔn)二級壓縮空氣源熱泵系統(tǒng)在－１０℃～－１５℃的低溫環(huán)境中仍具有較高的制熱能力和供暖溫度，能夠滿足寒冷地區(qū)冬季的采暖要求［５６］。馬國遠(yuǎn)還指出，要根據(jù)采用渦旋式壓縮機(jī)經(jīng)濟(jì)器系統(tǒng)的目的來決定其設(shè)計(jì)參數(shù)和方案：若為了增加制冷量和提高系統(tǒng)的性能系數(shù)，相對補(bǔ)氣壓力的適宜值約為１．２；若為了增加制熱量和降低排氣溫度，則應(yīng)選用較高的補(bǔ)氣壓力［５７］。柴沁虎等建立了帶經(jīng)濟(jì)器（過冷器系統(tǒng)）的渦旋式壓縮機(jī)制冷循環(huán)的數(shù)學(xué)模型，分析了輔助回路使用熱力膨脹閥系統(tǒng)的各種情況下的動態(tài)特性，認(rèn)為最合理的開孔位置在吸氣腔剛剛閉合處，開孔位置在一定范圍內(nèi)變化對系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性、安全性的影響并不明顯，但系統(tǒng)在低溫工況下的制熱量將有明顯變化［５８］。趙會霞建立了渦旋式壓縮機(jī)閃發(fā)器熱泵系統(tǒng)補(bǔ)氣－壓縮過程的分析模型，認(rèn)為閃發(fā)器前節(jié)流系統(tǒng)在低溫工況下比過冷器系統(tǒng)和閃發(fā)器后節(jié)流系統(tǒng)可以更有效地提高空氣源熱泵的低溫制熱性能，比較適宜寒冷地區(qū)用小型空氣源熱泵系統(tǒng)。

 

  中村憲一的液體噴射制熱循環(huán)是一種可保證低溫?zé)岜?/a>在室外溫度－２０℃以上時(shí)都能較高效率地提供室內(nèi)所需熱量的技術(shù)方案。斎藤信提出了一種在室外溫度為－１５℃時(shí)可實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)制熱量不衰減且高效運(yùn)行的低溫熱泵技術(shù)方案。

 

  從目前市場來看，國外的空調(diào)公司，如美國Ｗｅｓｔｉｎｇ－Ｈｏｕｓｅ公司、Ｔｒａｎｅ公司、Ｄｕｎｈａｍ－Ｂｕｓｈ公司和日本Ｄａｉｋｉｎ公司等已經(jīng)開發(fā)出可在－１５℃的情況下正常工作的空氣源熱泵機(jī)組，并在市場廣泛應(yīng)用。我國清華同方人工環(huán)境有限公司也開發(fā)出在－２２℃環(huán)境溫度下仍可正常工作的低溫系列的空氣源熱泵冷（熱）水機(jī)組。但是總體來講，擁有低溫空氣源熱泵技術(shù)的國內(nèi)空氣源熱泵公司還偏少。

 

  ３ 結(jié)論

 

  通過對國內(nèi)外技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀的分析，可以看出：

 

  １）對于霜層形成機(jī)制、換熱器結(jié)霜特性和除霜方法等開展了大量的研究，相關(guān)理論和技術(shù)正在形成。但是設(shè)法防止或延緩室外換熱器結(jié)霜的技術(shù)還沒有在實(shí)際中得以推廣和應(yīng)用。除霜仍是目前空氣源熱泵最多的選擇，但是有關(guān)研究仍有待進(jìn)一步深入。

 

  ２）寒冷地區(qū)工作的空氣源熱泵機(jī)組除了改善熱泵系統(tǒng)核心部件的性能，如壓縮機(jī)和室外換熱器，大多對制熱循環(huán)進(jìn)行優(yōu)化，如液體噴射技術(shù)、閃發(fā)蒸氣噴射技術(shù)等。日本和美國的一些大型空調(diào)企業(yè)正在積極研發(fā)或已生產(chǎn)能夠在寒冷地區(qū)正常工作的空氣源熱泵機(jī)組，我國正在積極跟蹤這些技術(shù)，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)和理論研究，產(chǎn)業(yè)化還未形成。

 

  ３）目前大多數(shù)的研究和空氣源熱泵機(jī)組樣機(jī)還都是將熱泵的低溫適應(yīng)性及結(jié)、除霜問題分開考慮，然而寒冷地區(qū)使用的空氣源熱泵機(jī)組也會面臨－６～５℃和相對濕度６５％以上的氣象條件，室外換熱器表面結(jié)霜也是一個(gè)亟待解決的問題。

 

  因此應(yīng)該將兩者同時(shí)加以考慮，研究既能適應(yīng)寒冷地區(qū)氣候，又能有適當(dāng)措施防止或延緩室外換熱器結(jié)霜的空氣源熱泵機(jī)組，使空氣源熱泵機(jī)組在全天候條件下高效運(yùn)行。