隨著我國城鎮(zhèn)化的高速發(fā)展，城鎮(zhèn)建筑面積大幅度增加，建筑能耗也逐年上升，環(huán)境污染也不斷加劇。在能源與環(huán)境的雙重壓力下，尋求清潔、高效的供暖方式勢(shì)在必行。
空氣能采暖技術(shù)作為清潔、高效、靈活的供熱方式，迎來了前所未有的機(jī)遇。然而在寒冷地區(qū)的低溫環(huán)境下，傳統(tǒng)空氣能系統(tǒng)制熱量衰減，制熱效率降低，甚至無法運(yùn)行。因此低溫空氣能應(yīng)運(yùn)而生。本文對(duì)比分析了傳統(tǒng)空氣能系統(tǒng)及噴氣增焓式空氣能系統(tǒng)應(yīng)用于低溫工況時(shí)的制熱特性。
傳統(tǒng)
空氣能以逆卡諾循環(huán)原理為理論基礎(chǔ)，通過制冷劑隨溫度與壓力的改變發(fā)生相變，把熱量從空氣中提取出來，加之本身用電能所轉(zhuǎn)化成的熱能，用之生產(chǎn)生活。傳統(tǒng)空氣能循環(huán)系統(tǒng)在低溫工況下的制熱能力有限，且運(yùn)行不能保障，為解決這一問題，當(dāng)前應(yīng)用較多的是噴氣增焓式空氣能系統(tǒng)，其屬于準(zhǔn)二級(jí)壓縮空氣能系統(tǒng)。
氣增焓式空氣能系循環(huán)原理
噴氣增焓式空氣能系統(tǒng)工作過程：從冷凝器中冷凝放熱后出來的高壓制冷劑過冷液體分為兩路：一路經(jīng)過膨脹閥2節(jié)流后進(jìn)入過冷器（過程4-4’），此為補(bǔ)氣回路；另一路直接進(jìn)入過冷器，此為制冷回路。這兩路制冷劑在過冷器中進(jìn)行換熱，補(bǔ)氣回路工質(zhì)吸熱后汽化被壓縮機(jī)吸入（過程4’-6），制冷回路工質(zhì)放熱再次過冷（過程4-5）經(jīng)過膨脹閥1節(jié)流（過程5-5’）后進(jìn)入蒸發(fā)器吸熱蒸發(fā)為過熱蒸汽后被壓縮機(jī)吸入（過程5’-1）。兩路制冷劑在壓縮機(jī)中匯合，被壓縮為高溫高壓蒸汽（過程1,6-3）后，進(jìn)入冷凝器放熱為過冷液體工質(zhì)（過程3-4）完成循環(huán)。
圖為噴氣增焓式空氣能系統(tǒng)壓焓圖，熱力過程1-3’-4-7-1為常規(guī)熱泵熱力循環(huán)過程，熱力過程1-2’-2-3-5-5’-1為制冷回路，熱力過程2-3-4-4’-6-2為補(bǔ)氣回路。從圖可看出壓縮機(jī)的排氣溫度由t3’降為t3，這是由于補(bǔ)氣回路的制冷劑經(jīng)過過冷器后汽化為低溫低壓的制冷劑氣體，與主路制冷劑混合，使主路制冷劑的溫度降低，有效的控制了壓縮機(jī)的排氣溫度在一個(gè)合適的范圍內(nèi)，拓寬了空氣能的應(yīng)用范圍。
噴氣增焓式空氣能系統(tǒng)制熱特性
在低溫環(huán)境下運(yùn)行時(shí)，噴氣增焓式空氣能系統(tǒng)制冷回路的制冷劑流量會(huì)降低，此時(shí)補(bǔ)氣回路通過補(bǔ)入飽和蒸汽可增大壓縮機(jī)的流量，從而增加了整個(gè)系統(tǒng)的制冷劑流量,提高機(jī)組的制熱量，改善機(jī)組的運(yùn)行工況。
由圖可看出，噴氣增焓式空氣能明顯拓寬了傳統(tǒng)熱泵的運(yùn)行范圍，噴氣增焓式熱泵可在蒸發(fā)溫度為-30℃的工況下運(yùn)行，并且在蒸發(fā)溫度為-25℃時(shí)，冷凝溫度達(dá)到了60℃，保證了熱泵的出水溫度，可在低溫工況下，提供有效的采暖用熱水。
圖為在不同環(huán)境溫度下實(shí)測(cè)的空氣能制熱能效比COP，由圖可看出，噴氣增焓式熱泵的COP明顯高于傳統(tǒng)熱泵，并且在低溫環(huán)境下更加明顯；在環(huán)境溫度低于-15℃時(shí)，噴氣增焓式熱泵的COP可達(dá)到2.2，在低溫工況下實(shí)現(xiàn)了高效制熱。
本文通過分析傳統(tǒng)空氣能系統(tǒng)在低溫工況運(yùn)行時(shí)的制熱特性，探究了其應(yīng)用于寒冷地區(qū)出現(xiàn)制熱量衰減、制熱效率降小、壓縮機(jī)排氣溫度過高等問題原因，然后對(duì)比分析了適用于低溫環(huán)境的噴氣增焓式空氣能系統(tǒng)的制熱特性，并探究了其對(duì)傳統(tǒng)熱泵的改善程度。
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