低温气候空气源热泵技术分析

李 爽

（冰山冷热科技股份有限公司，辽宁 大连 116630）

根据现阶段我国低温区域的空气源热泵相关领域的发展情况来讲，针对空气的压缩环节进行的改良和发展是研究开发的重点和焦点问题，能够有效提升压缩机装置可以维持的工作稳定性，确保该设备能够处于低温的工作环境之下长时间平稳地工作，不过空气源热泵装置作为一个比较复杂的系统装置，有可能对其形成各类制约和影响的要素有很多，例如系统中的冷凝器装置与蒸发器装置可能对其工作过程产生比较直接的影响，针对现阶段的实际情况来讲，对其单独方面进行的相关改进和提升是远远不能满足其使用实际的，再加上设备有关的除霜问题，需要适当的解决方案，这样的情况就需要相关工程技术人员在空气源热泵系统装置的方方面面的情况来实施分析和讨论，从而对于空气源热泵系统装置产生有效的改进和提升[1]。空气源热泵系统如图1所示。

图1 空气源热泵系统

1 低温环境对于空气源类型热泵装置工作指标的各类影响

1.1 对蒸发器装置的主要影响

蒸发器装置属于空气源类型热泵装置系统内最为关键的构成部分，蒸发器装置工作的情况可以对空气源热泵装置系统的工作产生最为直接的影响，低温环境对蒸发器装置的影响和制约主要可以分成如下几类：第一，翅片部位设计如果不科学将会造成频繁结霜的结果；第二，有关制冷剂物质的流向方面的设计、风扇部件的位置排布所能造成的换热效果不均衡可能最终形成结霜的结果；第三，分液不均衡可能造成制冷剂物质的流量分布不均。这三个层面的主要问题如下。第一，针对翅片部位的问题，一般应用蒸发器装置是为了压缩系统整体的体积打下，设计人员往往会将翅片装置的间距设置得相对较小，尽管这个操作能够有效增加单位换热区域的面积数值，不过在面积增加的同时，也将造成蒸发器装置的结霜情况加剧，还可能由于积水问题的产生而造成结冰的现象，进而对于蒸发器装置的工作带来很多不利的影响。第二，针对制冷剂物质的流向方面的设计，一般情况下，制冷剂物质会和空气流动呈现出反向的结果，而且不同的流动方向所能带来的性能不同也是非常明显的，如果处在制热过程的工作阶段，制冷剂物质将在换热器装置的出气口位置表现出比较明显的温差，造成翅片装置结霜情况更为严重，并且还会发生结冰的问题，因此在规划设计的过程中工程设计人员必须全方位考虑如何应对严重结霜以及如何科学除霜的问题。针对常规的蒸发器装置通常是根据最大的换热量来进行全面的衡量，往往可以使用多路进行供液的方案，不过在低温的环境之下有可能导致分液不平均的情况发生，容易干扰既定程序的平稳工作和运行。空气源热泵系统蒸发器如图2所示。

图2 空气源热泵系统蒸发器

1.2 冷凝器装置主要问题的研究

当空气源类型热泵装置系统工作在符合压缩机装置排气的温度条件的时候，如果环境温度变得更高，造成进到冷凝器装置的气体的实际温度大于系统设定的温度数值，并且因为冷凝器装置的主要工作原理和常规的设计思路存在诸多差异，进而对于冷凝器装置的实际作用效果的发挥产生了一定程度的限制，造成换热的情况显著降低，对于空气源类型热泵装置系统的各项功能带来了明显的下降效果[2]。空气源热泵系统冷凝器如图3所示。

图3 空气源热泵系统冷凝器

2 在低温环境条件之下空气源热泵装置主要性能的设计思路

2.1 蒸发器装置的主体结构设计思路

工程设计人员针对蒸发器装置在低温环境条件下可能发生的各类情况和需要考虑的各项因素主要包括：翅片部件的间距以及外形、迎风管部件的排列数量以及风速、环境空气的湿度指标、制冷剂物质流向这几大类，这些问题属于比较主要的设计因素。第一点，翅片部件的间距，上文曾经提出过，一般的空气源类型热泵装置系统内的翅片部件的间距设计相对偏小，从而加速了结霜情况的产生，影响了蒸发器装置的正常的工作，为此经过相关的实验数据的评估，可得在特定的低温环境条件之下工作和运行，翅片部件的间距不应该小于1.855 mm，并且针对翅片部件的表面处理环节也非常关键，设计人员可以借助外部施加电场的办法来降低水分移动的速度，可以采用喷疏水以及亲水性质的涂料方式来控制系统发生结霜问题的总体时间，经过实际调查可知，应用亲水性质的涂料可以显著地抑制系统霜晶的产生和发展，针对制冷剂物质方面的设计可以在装置的底盘位置增加加热设备，不过逆流换热的模式最好不要使用[3]。

2.2 低温气候空气源热泵系统相关冷凝器的规划设计研究

在通常状况下，针对工作量巨大的工况来讲，低温空气源热泵系统相关工程技术人员假如未能使用能够变频的装置，在一般情况下是不需要针对冷凝器实施特殊设计的，然而在低温的工况下，在运行的过程中产生的热量肯定比在常规正常工况时下降非常多。因此一般是不会发生冷凝器最大额定功率不足的状况，然而假如低温空气源热泵系统相关工程技术人员使用了变频以及多级压缩等技术模式时，此时要求基于实际运行的状态进行改变冷凝器散热面积的计算，然而低温空气源热泵系统相关工程技术人员在计算校核的过程中必须考虑的因素一般包含蒸汽区的气体换热、湿蒸汽区的冷凝换热等等，必须进行详细计算与校核每一个部分所需要的散热面积。

2.3 低温气候空气源热泵系统相关节流装置的规划设计研究

现阶段在通常状况下热泵在正常工作的过程中，相关系统的热辐射系数的变化的范围是相当巨大且具有一定规律的，在一般情况下呈现二次双曲线状态。然而常规的热力膨胀阀无法对其实施行之有效的调节与控制，基于此低温空气源热泵系统相关工程技术人员根据相关试验得出结论，总结出针对低温热泵来讲最好安装若干数量的电子膨胀阀，当该设备正常运行达到一定程度时，低温空气源热泵系统相关工程技术人员可以应用双电子膨胀阀实现精准控制的目的，基于此低温空气源热泵系统，相关工程技术人员再一次针对节流机构的规划设计过程中，建议在一般情况下使用电子膨胀阀来完成高精准度的调节。

2.4 低温气候空气源热泵系统相关气流分离装置与储液装置的规划设计研究

低温空气源热泵系统相关工程技术人员根据相关重要试验结果得出，在通常状况下处于低温环境条件下的长期人为停机过程是引起制冷剂出现局部的向蒸发器内部发生转移的原因，当低温空气源热泵系统相关工程技术人员在下一次开启低温气候空气源热泵系统的过程当中，就会确保数量众多的制冷剂相关液体倒流至压缩机的内部，基于此低温空气源热泵系统，相关工程技术人员是必须在压缩机前端位置安装一个气液分离装置与双向节流阀体进行科学合理的处理，低温空气源热泵系统相关工程技术人员对于储液罐的规划设计，建议科学合理行之有效地增加低温气候空气源热泵系统冷凝器的额定最大安全容积使之能够对应蒸发器的体积无限接近，进而能够把储液器进行取消设计。

3 低温气候空气源热泵系统相关除霜技术及其对应解决方案

3.1 低温气候空气源热泵系统相关热气旁通除霜相关技术研究

低温空气源热泵系统相关工程技术人员针对热气旁通除霜来讲，是在低温气候空气源热泵系统内部的压缩机上部出口位置安装了一个旁通的止逆阀门，这个经过二次设计以后确定的旁通阀装置将会与蒸发器的热源空气导出进口进行紧密连接，在这种情况下当结霜量达到了最大安全额定参数值以后，低温空气源热泵系统相关工程技术人员就能够开启旁通阀装置，随后将蒸发器的鼓风机系统进行关闭，这种操作就会导致核心运行压缩机的最大额定安全排气通过旁通阀进入至蒸发器，导致蒸发器内部的温度随即不断提升，这种操作就起到了快速除霜的目的。

3.2 低温气候空气源热泵系统相关电除霜相关技术研究

电除霜的利用在一般情况下指的是低温空气源热泵系统相关工程技术人员在蒸发器的内部设计增加除霜盘管的布置，与此同时，当结霜量到达了一定程度时，该设备能够直接停止全部正处于工作状态机组的运行，随后低温空气源热泵系统相关工程技术人员开启电加热装置从而确保蒸发器的温度不断提升，进而在最短的时间内达到除霜的良好效果。

3.3 低温气候空气源热泵系统相关四通阀门装置反向除霜技术研究

在通常状况下低温空气源热泵系统相关工程技术人员所掌握的空气源热泵系统可以同时具备制热和制冷的双重功能，因此在通常状况下低温气候空气源热泵系统中设置四通阀门，以此进行工作状态的切换，基于此，在现阶段四通阀反向除霜技术的使用是非常非常广泛的，低温空气源热泵系统相关工程技术人员借助四通阀门将变换该装置的运行状态能够将蒸发器转换成冷凝器，进而大幅提升蒸发器温度，能够最大限度地获得行之有效的除霜的效果。基于上述几种除霜技术解决方案的描述来讲，电除霜就是低温空气源热泵系统相关工程技术人员最佳的技术解决方案，该技术既结合了蒸发器的实际技术额定功率的负载需要而且对于外界环境造成的影响也是非常小的，基于此，根据相关重要试验得出的数据表明，在除霜方面的规划与设计，电除霜技术是最行之有效的选择。

4 结束语

综上所述，本文通过低温空气源热泵系统相关工程技术人员针对低温空气源热泵系统相关先进技术的深入探索与分析，研究针对在低温环境条件下热泵系统工作过程中经常出现的各种问题及其解决方案的规划设计，首先低温空气源热泵系统相关工程技术人员针对冷凝器与蒸发器的规划设计进行非常细致的研究，进而得出了在低温环境条件下需要借助哪种技术模式对其进行全方位的创新与升级，基于此，低温空气源热泵系统相关工程技术人员总结出了电除霜技术与四通阀门反向除霜技术是能够最大限度地处理在低温环境条件下结霜严重的技术方法，进而通过针对整个低温气候热泵系统的规划设计来确保该设备更好地适应低温环境下的工况。