在北方農村供暖“煤改電”工程加速推進與實施的過程中，作為普通冷暖型空調的升級形式，低環境溫度空氣源熱泵熱風機具有產品價格低、系統形式簡單、安裝方便、運行可靠、控制靈活等特點，正越來越多地被人們所認識和接受，相關技術發展迅猛，有望成為“煤改電”設備中的主力機型。本文針對目前低環境溫度空氣源熱泵熱風機產品標準未出臺、認識理解模糊的情況，從產品的技術原理與特點進行介紹，為“煤改電”項目的開展提供指導與借鑒。
1 低環境溫度空氣源熱泵熱風機產品定義與歸類劃分
1.1 熱泵屬于制冷設備的范疇
要理清低環境溫度空氣源熱泵熱風機的產品歸類范圍，需從熱泵的概念先說起。我國機械工業部制定的標準《制冷設備術語》(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，此時蒸發器從室外空氣、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，屬于制冷設備。對于前期有些政府在熱泵設備招標過程中對制冷設備經營范圍不予認可的行為是不合規的。
1.2 低環境溫度空氣源熱泵熱風機屬空調類
目前，低環境溫度空氣源熱泵熱風機的相應標準規范正在起草，根據規范的征求意見稿定義為“由電動機驅動的蒸氣壓縮制冷循環，以空氣為熱(冷)源的熱泵(氟)機組，從室外低溫空氣吸熱并向室內放熱，使室內空氣升溫的制冷系統,并能在不低于-20℃的環境溫度里制取熱風的機組。”
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，這與冷暖型空調的原理完全一致。當熱泵運行的目的是直接調節室內空氣時，該類設備即可稱為“空調”。因此，低環境溫度空氣源熱泵熱風機在空調范疇中。
在2017年低環境溫度空氣源熱泵熱風機命名還未明確時，專家在政府招標的技術論證文件中分別采用的名稱為“超低溫采暖空調器”、“超低溫空調器”。所以低環境溫度空氣源熱泵熱風機屬于空調毋庸置疑。
2 普通冷暖型空調在寒冷地區采暖存在的問題
普通冷暖型空調在夏熱冬冷的長江中下游地區采暖中得到了廣泛應用，但是在寒冷的北方地區使用效果不佳。我國寒冷地區冬季氣候干燥，即便氣溫較低，空調的結霜現象也不會太嚴重。制約空調在寒冷地區采暖應用的因素，主要有以下三個方面：
2.1 熱量需求較大時 ，制熱量不足
隨著室外環境溫度的下降，建筑采暖熱負荷是逐步增加的，而空調的制熱量卻是隨之減少的。例如普通3HP(匹)空調的室外環境-7℃和-20℃下制熱量分別衰減21.7%和47.0%。當空調系統冷凝溫度不變時，室外氣溫降低將使系統蒸發溫度下降，引起循環工質的吸氣比容增大，導致機組吸氣量降低，系統工質循環量減少，機組的實際制熱量會急劇下降。
2.2 低溫環境下運行可靠性差或無法正常運行
隨著環境溫度的降低，循環工質的吸氣壓力降低，導致壓縮機壓縮比不斷增大，排氣溫度迅速升高。當室外溫度降到一定值時，壓縮機排氣溫度會超過允許的工作范圍，壓縮機自動停機保護，機組停止正常工作。同時，隨著壓縮機排氣溫度升高，潤滑劑受熱后粘度急劇下降，潤滑性能變差，出現壓縮機頻繁啟停的狀況。
2.3 熱舒適性差
普通空調室內機采用側送風方式，導致送風口及上部區域溫度高，人員活動區溫度較低，垂直方向出現溫度分層。在北方農村地區，農戶家中現有空調大部分是常規的定頻空調，低溫環境下制熱量較低，供熱能力不足。加上一些農村地區電網不穩定，在極低電壓條件下定頻空調無法正常運轉。再加之農村地區房屋空間和層高相比城鎮商品住宅更大、更高，采用常規定頻空調供暖，室內溫升速度相對緩慢，這些都是導致熱舒適性體驗不佳的原因。
3 低環境溫度空氣源熱泵熱風機技術介紹
3.1 系統原理
為解決普通冷暖型空調在北方寒冷地區制熱所出現的問題，低環境溫度空氣源熱泵熱風機應運而生。舉例說明雙級增焓壓縮轉子式低環境溫度空氣源熱泵熱風機技術的解決方案，具體系統運行原理如下圖所示。
該系統主要由雙級壓縮轉子式變頻壓縮機、閃蒸器、蒸發器、冷凝器、節流閥A、節流閥B等部件組成，雙級壓縮轉子式變頻壓縮機的兩個氣缸分別承擔低壓級壓縮和高壓級壓縮。
從蒸發器出來的低壓制冷劑蒸汽首先進入低壓級壓縮機壓縮至中間壓力(過程 1~2)，然后與閃蒸器出口的制冷劑蒸汽混合(點6 是點2與點3混合后的狀態)。混合蒸汽繼續進入高壓級壓縮機壓縮至冷凝壓力(過程6-7)，接著進入冷凝器向室內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首先經過節流閥A一次節流變為氣液體混合物(過程9~10)，然后進入閃蒸器，分離為飽和蒸汽(點3)和飽和液(點4)。因節流閃發的氣態制冷劑上升，與低壓級壓縮機的排氣混合后進入高壓級壓縮機;閃蒸器中的液態制冷劑經過節流閥B二次節流變為低溫低壓液體(過程4~5)，進入蒸發器與室外空氣換熱后變為低溫低壓蒸汽(過程5~1)，然后進入低壓級壓縮機開始新的循環。
綜上，系統采用二次節流不完全冷卻的雙級壓縮熱泵循環，與相同工況下的單級壓縮相比，壓縮機排氣溫度降低，壓比減小，可以在更低的環境溫度下工作。系統采用的雙級變容技術與單級壓縮相比，提升了制熱工況下，尤其是低環境溫度下的制熱量和性能系數。為低環境溫度空氣源熱泵熱風機在寒冷地區的采暖應用提供了可靠技術保證。
3.2 產品特點與優勢
與普通的冷暖型空調相比，低環境溫度空氣源熱泵熱風機在制熱采暖中具有以下優勢特點：
(1)拓展了空氣源熱泵的使用范圍，實現不使用電輔熱的情況下，機組可在室外-30℃低溫環境下穩定運行;
(2)在額定工況7℃時，低環境溫度空氣源熱泵熱風機的制熱能效比普通冷暖空調能提高5%-10%，而在低溫工況-20℃時，則能夠提升20%左右;
(3)與額定制熱量相比，可實現制熱量在-20℃、-30℃的環境下均無衰減;
(4)用戶能夠自行設定出風溫度，從而實現恒溫送風;
(5)設備出風產生空氣對流，房間溫度升溫極快，室內溫度能夠達到用戶采暖要求。
(6)產品舒適度提高，采用落地風盤從房間底部送風避免了吹空調時的頭熱腳冷。
4 結論
(1)低環境溫度空氣源熱泵熱風機隸屬空調的范疇，能夠實現房間的制熱及制冷功能;
(2)低環境溫度空氣源熱泵熱風機有效的克服并解決了普通冷暖型空調在寒冷地區制熱所存在的問題，使機組能夠持續穩定供熱;
(3)結合補貼政策及實施的可行性，低環境溫度空氣源熱泵熱風機在未來的“煤改電”市場前景巨大。
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