空气源热泵在北方地区应用现状以及优化原则

  但是, 长期以来的理论和实践均表明, 如果这种空气源热泵系统不作任何改进就加以推广到黄河流域、华北、西北等地区, 那么设备将无法在冬季正常工作:系统的制热量随着外温的下降而迅速下降, 而需热量却随着外温的下降而迅速上升,当外界温度很低时, 系统的制热量将小到无法满足这些地区的冬季采暖需求;与此同时, 随着室外环境温度的降低, 机组COP 急剧下降、压缩机的压比会越来越大, 导致排气温度不断升高, 长期运行必然会严重损坏压机。

       此外从空气源热泵冷热水机组在这些地区的实际运行的效果看, 热泵系统除霜的准确性还不尽人意, 有许多有待改进的地方, 主要表现为现有的除霜判据不能适应北方的这种大范围运行工况, 热泵系统误除霜现象严重, 需要除霜与实际除霜不合拍、除霜水不易流尽、除霜时间过长往往会导致室内温度波动过大,用户有明显的吹冷风的感觉;机组在低温工况启动困难, 机组在启动阶段或者除霜结束恢复制热时经常容易发生烧机现象。

  要想研究最适合于北方寒冷地区使用的空气源热泵系统, 就必须了解北方地区的实际气候特点, 黄河流域、华北地区冬季采暖期间的气候特点见表1 。由表1可以看出:这些地区冬季采暖期较长,而且室外气温较低, 空气源热泵要想不依靠辅助热源满足这一地区的冬季采暖需要, 一般而言必须能够在-15 ℃左右的大气环境中长期高效、安全运行。但是这一段气温特别低的室外环境温度持续时间又特别短, 系统大部分时间还是运行在一个相对较高的室外温度环境下。综合考虑空气源热泵的冬、夏季的性能, 压缩机的最佳压缩比一般均在3 .5 ～ 4 .0 的水平, 一般不超过7 , 这样在进行系统优化设计时, 出于热泵系统安全性、经济性的考虑, 现行的设计方案均存在一个供暖不保证时间, 当外界温度低于一定值时, 热泵系统停运,启动备用热源。

应该说, 相对于目前的热泵技术现状而言, 这是一种较为合理的技术方案, 问题是由于这一过程持续时间很短, 备用热源(辅助电加热或者锅炉房)的存在对于用户而言实在是一块鸡肋, 如果能够开发出一种空气源热泵既能保证在其冬季最大运行时段所对应的效率最高, 同时当室外温度较低时, 仍能安全、经济运行, 这样就可以省去后备热源, 这样无论从初投资还是实际运行费用来看都是用户最希望看到的。

近年来, 在华北地区出现了一些使用空气源热泵系统的工程实例, 这些实例均宣称能够在低温寒冷地区正常运行 , 但是由于这些地区冬季室外温度变化范围较大, 为保证安全, 系统设计一般均选用高压缩比(>10)的压缩机, 虽然这种系统在低温工况下制热效果良好, 经济性也还不错, 但是在室外温度稍高的条件下, 或者夏季制冷运行时由于过压缩会导致系统效率下降较多, 空调机组全年经济指标(SEER)有很大程度的降低, 这种做法并不能使用户真正地实惠, 这种舍本逐末的做法对于热泵行业的持久发展是非常有害的。