关于低温环境下空气源热泵的探讨

能源是人类和社会生存发展的重要资源，但是随着人类社会的不断发展以及人民生活

水平的不断提高，能源需求量不断增大，由此导致的能源消耗和环境污染问题也日益严重，

节约能源和保护环境已经成为人类不可推卸的责任。

空气源热泵是一种以逆卡诺循环为工作原理，把丰富的空气作为低温热源，通过电能

的驱动，将空气中大量的低温热能转变为高温热能的装置。近些年来，空气源热泵技术以

其高效节能、安装方便、环保无污染的特点，有效的解决了在冬季我国北方以燃煤为供暖

模式所带来的负面影响，缓解了我国资源紧张的局面，成为热泵技术中应用最为广泛的一

种。但是，在室外温度较低的情况下，空气源热泵系统并不能高效安全的运行，成为了空

气源热泵系统在寒冷地区应用的制约因素。

本文对空气源热泵系统进行了简单介绍，指出在寒冷地区空气源热泵系统容易出现的

问题，综合国内外专家学者的研究成果，对不同的改善措施进行分析，希望能对空气源热

泵技术的发展起到积极作用。

1 空气源热泵系统

热泵是一种将低位热源的热能转移到高位热源的装置，也是全世界倍受关注的新能源

技术。它不同于人们所熟悉的可以提高位能的机械设备—“ 泵”，热泵通常是先从自然界

的空气、水或土壤中获取低品位热能，经过电力做功，然后再向人们提供可被利用的高品

位热能。空气源热泵作为热泵技术的一种，有“ 大自然能量的搬运工” 的美誉，利用蒸

汽压缩制冷循环工作原理，以无处不在的空气中的能量作为主要动力，通过少量电能驱动

压缩机运转，实现能量的转移，满足用户对生活热水、地暖或空调等需求。空气源热泵系

统不需要复杂的配置、昂贵的取水、回灌或者土壤换热系统和专用机房，它能够逐步减少

传统采暖方式给大气环境带来的大量污染物排放，保证采暖功效的同时实现节能环保的目

的。

空气源热泵系统通常由压缩机、冷凝器、蒸发器和膨胀阀4 部分构成，通过让工质不

断完成蒸发→ 压缩→ 冷凝→节流→ 再蒸发的热力循环过程，从而实现热量的转移.

在制热时，液态制冷剂在空气换热器中汽化，吸收空气中的热量，低温低压的气态制

冷剂经压缩机压缩后变为高温高压气体送至水换热器。由于制冷剂的温度高于水的温度。

制冷剂从气态冷却为液态，液体制冷剂经膨胀阀节流后，在压力作用下进入空气换热器，

低压气体制冷剂再次汽化，完成一次循环。在这个循环中，随着制冷剂状态的变动，实现

了热量从空气侧向水侧的转移。在制冷时，液态制冷剂在水换热器中汽化，使水温降低。

低温低压的气态制冷剂经压缩机压缩，变为高温高压气体，进入空气换热器，由于制冷剂

温度高于空气温度，制冷剂向空气传热，制冷剂经气体冷凝为高压液体，高压液态制冷剂

经膨胀阀节流后进入水换热器，低压液体制冷剂再次汽化，完成一个循环。在这个循环过

程中，随着制冷剂状态的变动，实现了热量从水侧向空气侧的转移。

2 空气源热泵北扩的制约因素

空气源热泵系统在环境温度相对较高时，运行性能良好，但是室外温度较低的情况下，

空气源热泵系统不但无法满足负荷的需求，而且系统自身也无法保证安全稳定的运行，这

一直制约着空气源热泵的发展和推广应用。在较低的室外温度情况下，空气源热泵系统容

易出现以下问题：

（1）在室外环境温度较低的情况下，当换热器温度低于环境空气的露点温度时，整个

换热器上散热片表面会产生凝露水，当环境空气温度低于0℃，凝露水就会凝结成薄霜，

蒸发器表面会有结霜，当蒸发器表面的霜层达到一定的厚度时，会增加换热器的传热热阻，