传统建筑通常采用商用空气源采暖满足制冷和供暖的需求

相比水源热泵和地源热泵,空气源热泵从环境空气中吸收或向空气中排出热量,具备成本低廉、应用场合广的优势。因此,空气源热泵在同时有冷、热需求的建筑中扮演着越来越重要的角色。近年来,空气源热泵在建筑供冷和供暖中的应用得到了极大的发展。

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本文综述了空气源热泵的原理、最新发展及其典型应用。由于近年对空气源热泵制冷技术的研究已经较为成熟,当前的挑战主要来自于供暖,故本文重点关注供暖领域的新发展,其中一些技术也适用于制冷。

运行原理

空气源热泵与简单蒸气压缩循环较为相似,也由压缩机、冷凝器、节流阀和蒸发器串联而成,唯一的区别是在压缩机出口设置四通阀用于制冷和热泵模式下的制冷剂流向切换,如图1所示。在制冷模式下,压缩机出口排气经四通阀被引入室外冷凝器,制冷剂向环境空气放热后被冷凝成液体,之后液态制冷剂节流为低压两相状态,在蒸发器中吸收外侧流体中的热量,实现制冷效果;蒸发后的制冷剂返回到压缩机,被循环压缩。制热模式下,四通阀切换制冷剂流通方向,压缩机排气经四通阀被引入室内冷凝器,制冷剂向室内空气或流体中排热,实现供暖;然后液态制冷剂经节流为低压两相状态,通过室外换热器吸收环境空气中的热量。根据换热流体的不同,通常将空气源热泵分为两类:空气-空气型主要指分体式空调、组合式空调等,用于直接加热/冷却室内空气;空气-水型主要指空气源热泵冷热水机组,用于向空调机组、风机盘管机组、散热器、散热板等不同类型的室内末端装置供应冷热水,以冷却/加热室内空气。

空气源热泵制热时在投入少量电能的情况下从环境中吸取大量热量,因此其供热效率通常是直接电加热的3-4倍。然而,有几个因素显著影响空气源热泵的性能:第一,在环境温度较低的工况下,空气源热泵的性能显著降低;第二,制热过程中的结霜问题严重影响能效和可靠性。为解决上述问题,近年许多研究人员和工程技术人员在空气源热泵技术改进方面投入了大量的精力,以下内容综述了这些技术的最新发展。

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