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[摘 要]空气源热泵不仅性能优越，工作效率高，耗能低，且环保无污染，因而社会普遍认可。但是空气源热泵受气候影响较大，在气温极低的冬季，其性能受到很大限制。因此，如何改善其工艺设计理念，使其性能得到最大限度的发挥，是当中重要的研究课题。本文通过对空气源热泵的性能进行分析，并对其工艺设计进行研究。
[关键词]空气源热泵；性能分析；工艺设计研究
中图分类号：TM73 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）12-0046-01
前言：以往由于我国片面地追求经济发展，忽略了对环境的保护。随着我国社会经济的不但发展，人们的环保意识不断增强，节能环保已经成为当今时代发展的主题。在建筑耗能中，热水器的耗能居高不下，降低热水器的耗能是节能减排的重要手段。空气源热泵通过对大气中的热量的再利用，不仅节能环保，同時提高了资源的利用率，降低能耗，使当前热水器首选的装置。
一、空气源热泵的性能与发展现状
空气源热泵的热源主要是来自于周围的环境，空气源热泵的采暖系统从大气中吸收热量进而为室内的装置供热。一般情况下，寻常人家里使用的空气源热泵是把小型的压缩机再次进行压缩，进而使问题提高到四五十度，这样就可以把它当做中央空调来取暖，或者把它做成热水器。这种方式在我国南方没有暖气的地方广为使用。空气源热泵的系统与其他热水器的系统相比，首先，安全性更好；其次，耗能小，输出的热量多，并且可以通过计算机对温度和时间进行调节，避免造成不必要的浪费；最后与建筑的适应性强，不受建筑影响。用户使用空气源热菜系统的节能效率年平均可达60%～70%[1]。
尽管空气源热泵有很多优点，但是其自身也存在着一定的缺陷急需解决。由于空气源气泵利用的空气中的热量，因此，在冬季北方比较冷的地区不能正常使用，当室外气温比较低的空气热源被空气源热泵吸收后，会在系统内部结霜，进而造成空气流动不通，阻碍其性能的正常发挥。为了改变这种现状，国内外对空气源热泵进行系统优化，日本已经推出了双级压缩VRV系统，当室外温度下降到的零下十度的情况下，依然可以成长使用。
二、空气源热泵的优化设计
空气源热泵是一种高效、节能、环保的技术，随着科学技术的不断发展，对空气源热泵的运行系统不断优化和升级，使其即使在温度很低的情况也不影响其性能的正常发挥。在对空气源热泵的优化设计的研究中，很多研究者更注重于对于参数的调配、零件的选取以及如何降低其生产成本等方面的问题，但是关于如何优化其运行装置，提高运行的性能，改善变工况下的热力学性能满足能量需求的多样化方面，却很少研究。除此之外，根据空气源热泵在实际运行中的特点，在变工的情况下，很难全面的反应热力学的特性，因此，为了充分发挥其性能，根据空气源热泵的系统在变工情况下的特点，建立相应的模型，进而发现系统在运行过程中存在的不足，并针对其不足进行改进。因此，在设计空气源热泵系统的过程中可以通过以下几方面进行优化。
（一）对于冷凝器面积的设置
对于冷凝器可以使用小型家用空气源热泵的装置，通过仿真实验的方式，进一步研究周围的环境以及系统的装置对其性能的影响，根据研究结果来对系统进行优化设计。通过相关研究表明，如果冷凝器与蒸发器的面积比可以控制在0.1到0.118之间，空气源热泵的性能可以达到最佳状态。
（二）对于水箱入水口的设计
循环水在水箱入口的位置的时候，对系统运行的性能具有重要影响。循环水的高度与COP呈正相关，循环水的高度越高，系统的COP也就越高。在其他条件不变的情况下，如果箱内循环水的高度从0.17升到水箱的顶端，系统的COP就会从3.8升到3.9。虽然在这个过程中随着水箱的温度随着循环水的升高而下降，但是下降的幅度很小，基本上可以忽略不计。因此，可以将水箱的进水口设置在水箱的顶部，这样系统的COP可以发挥到最大。
（三）对于压缩机的设计
根据空气源热泵热水装置变工况运营的特点，建立相应的仿真实验，实验结果表明，如果空气源热泵热水装置环境周围的气温在7摄氏度的时候，如果在其他条件都不变的情况下，把压缩机的绝热效率从0.6升至0.85，压缩机有效能损失减少三分之二，系统有效能效率从35%增加到45.5%，系统不可逆程度改善10.5%[2]。如果压缩机的绝热效率在0.78的时候，是压缩机为有效能损失最大的节点。如果其他条件不变，冷凝器的温差与系统的有效能呈负相关，当冷凝器的温差下降4摄氏度，系统的有效能效率有会提高4.7%。如果其他条件不变，系统的蒸发器换热差与系统的有效能效率也呈负相关，如果蒸发器的换人插下降5摄氏度，系统有效能效率就会相应的提高4.9%。因此，压缩机的平均有效能损失系数最高，冷凝器平均有效能损失所占的比例仅次于压缩机损失所占的比例[3]。
但是要是提高压缩机的效率，就要从整体设计整个工艺，是一个长期工程，不可能在短时间内将其实现，所以，可以通过改变热力循环的方式，从冷凝器的换热的环节入手，不仅简单易行，而且效果显著。
（四）设置定时、定温模式
在实际操作的过程中，要充分考虑到昼夜温差以及不同的用户对热水的需求各不相同，为了使空气源热泵的性能发挥到最大，可以与计算机技术相结合，为系统设置定时、定温两种智能控制模式。在设置定时的模式时，对其影响最大的两个因素是昼夜温差以及峰谷电价政策。设置水温时，直接影响到热泵系统的热力学特性和热水的供应能力，但是热泵系统的热力学特性和热水的供应能力是相互矛盾的。因此，需要通过引进送水系数来解决这个矛盾。如果将水温设置在45摄氏度的时候，这个时候热水放出来的量与居民对热水的需求之间的比值就是居民的满足程度。水温的设定的高低与送水系数呈正相关，与系统COP呈负相关。但是，当送水系数达到百分之百的时候，即使再进一步提高水温，送水系数也不会再改变。所以，可以将送水系数设置在百分之百，既能满足用户的需求，同时节能的效果也最为明显。
结论
总而言之，随着社会经济的不断发展，人们的生活水平与生活质量也在不断提高，在选择家具用品的时候，不仅考虑其运行性能，还要综合考虑其是否环保节能等因素。空气源热泵技术刚好满足人们的需求，为了使其性能进一步优化，通过仿真实验的方式，根据其运行的特点，对其系统进一步优化设计，使其性能得到最大限度的发挥。
参考文献
[1] MicheleVID.关于空气源热泵机组的值暖通空调技术[J]，上海市暖通情報网，1998.
[2] 江辉民，王洋，马最良，姚杨.带热水供应的家用空调器的探讨[J].建筑热能通风空调，2004（1）：48-51.
[3] 郭俊杰.空气源热泵热水装置优化分析与运行策略研究[D].上海：上海交通大学，2013.
[关键词]空气源热泵；性能分析；工艺设计研究
中图分类号：TM73 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）12-0046-01
前言：以往由于我国片面地追求经济发展，忽略了对环境的保护。随着我国社会经济的不但发展，人们的环保意识不断增强，节能环保已经成为当今时代发展的主题。在建筑耗能中，热水器的耗能居高不下，降低热水器的耗能是节能减排的重要手段。空气源热泵通过对大气中的热量的再利用，不仅节能环保，同時提高了资源的利用率，降低能耗，使当前热水器首选的装置。
一、空气源热泵的性能与发展现状
空气源热泵的热源主要是来自于周围的环境，空气源热泵的采暖系统从大气中吸收热量进而为室内的装置供热。一般情况下，寻常人家里使用的空气源热泵是把小型的压缩机再次进行压缩，进而使问题提高到四五十度，这样就可以把它当做中央空调来取暖，或者把它做成热水器。这种方式在我国南方没有暖气的地方广为使用。空气源热泵的系统与其他热水器的系统相比，首先，安全性更好；其次，耗能小，输出的热量多，并且可以通过计算机对温度和时间进行调节，避免造成不必要的浪费；最后与建筑的适应性强，不受建筑影响。用户使用空气源热菜系统的节能效率年平均可达60%～70%[1]。
尽管空气源热泵有很多优点，但是其自身也存在着一定的缺陷急需解决。由于空气源气泵利用的空气中的热量，因此，在冬季北方比较冷的地区不能正常使用，当室外气温比较低的空气热源被空气源热泵吸收后，会在系统内部结霜，进而造成空气流动不通，阻碍其性能的正常发挥。为了改变这种现状，国内外对空气源热泵进行系统优化，日本已经推出了双级压缩VRV系统，当室外温度下降到的零下十度的情况下，依然可以成长使用。
二、空气源热泵的优化设计
空气源热泵是一种高效、节能、环保的技术，随着科学技术的不断发展，对空气源热泵的运行系统不断优化和升级，使其即使在温度很低的情况也不影响其性能的正常发挥。在对空气源热泵的优化设计的研究中，很多研究者更注重于对于参数的调配、零件的选取以及如何降低其生产成本等方面的问题，但是关于如何优化其运行装置，提高运行的性能，改善变工况下的热力学性能满足能量需求的多样化方面，却很少研究。除此之外，根据空气源热泵在实际运行中的特点，在变工的情况下，很难全面的反应热力学的特性，因此，为了充分发挥其性能，根据空气源热泵的系统在变工情况下的特点，建立相应的模型，进而发现系统在运行过程中存在的不足，并针对其不足进行改进。因此，在设计空气源热泵系统的过程中可以通过以下几方面进行优化。
（一）对于冷凝器面积的设置
对于冷凝器可以使用小型家用空气源热泵的装置，通过仿真实验的方式，进一步研究周围的环境以及系统的装置对其性能的影响，根据研究结果来对系统进行优化设计。通过相关研究表明，如果冷凝器与蒸发器的面积比可以控制在0.1到0.118之间，空气源热泵的性能可以达到最佳状态。
（二）对于水箱入水口的设计
循环水在水箱入口的位置的时候，对系统运行的性能具有重要影响。循环水的高度与COP呈正相关，循环水的高度越高，系统的COP也就越高。在其他条件不变的情况下，如果箱内循环水的高度从0.17升到水箱的顶端，系统的COP就会从3.8升到3.9。虽然在这个过程中随着水箱的温度随着循环水的升高而下降，但是下降的幅度很小，基本上可以忽略不计。因此，可以将水箱的进水口设置在水箱的顶部，这样系统的COP可以发挥到最大。
（三）对于压缩机的设计
根据空气源热泵热水装置变工况运营的特点，建立相应的仿真实验，实验结果表明，如果空气源热泵热水装置环境周围的气温在7摄氏度的时候，如果在其他条件都不变的情况下，把压缩机的绝热效率从0.6升至0.85，压缩机有效能损失减少三分之二，系统有效能效率从35%增加到45.5%，系统不可逆程度改善10.5%[2]。如果压缩机的绝热效率在0.78的时候，是压缩机为有效能损失最大的节点。如果其他条件不变，冷凝器的温差与系统的有效能呈负相关，当冷凝器的温差下降4摄氏度，系统的有效能效率有会提高4.7%。如果其他条件不变，系统的蒸发器换热差与系统的有效能效率也呈负相关，如果蒸发器的换人插下降5摄氏度，系统有效能效率就会相应的提高4.9%。因此，压缩机的平均有效能损失系数最高，冷凝器平均有效能损失所占的比例仅次于压缩机损失所占的比例[3]。
但是要是提高压缩机的效率，就要从整体设计整个工艺，是一个长期工程，不可能在短时间内将其实现，所以，可以通过改变热力循环的方式，从冷凝器的换热的环节入手，不仅简单易行，而且效果显著。
（四）设置定时、定温模式
在实际操作的过程中，要充分考虑到昼夜温差以及不同的用户对热水的需求各不相同，为了使空气源热泵的性能发挥到最大，可以与计算机技术相结合，为系统设置定时、定温两种智能控制模式。在设置定时的模式时，对其影响最大的两个因素是昼夜温差以及峰谷电价政策。设置水温时，直接影响到热泵系统的热力学特性和热水的供应能力，但是热泵系统的热力学特性和热水的供应能力是相互矛盾的。因此，需要通过引进送水系数来解决这个矛盾。如果将水温设置在45摄氏度的时候，这个时候热水放出来的量与居民对热水的需求之间的比值就是居民的满足程度。水温的设定的高低与送水系数呈正相关，与系统COP呈负相关。但是，当送水系数达到百分之百的时候，即使再进一步提高水温，送水系数也不会再改变。所以，可以将送水系数设置在百分之百，既能满足用户的需求，同时节能的效果也最为明显。
结论
总而言之，随着社会经济的不断发展，人们的生活水平与生活质量也在不断提高，在选择家具用品的时候，不仅考虑其运行性能，还要综合考虑其是否环保节能等因素。空气源热泵技术刚好满足人们的需求，为了使其性能进一步优化，通过仿真实验的方式，根据其运行的特点，对其系统进一步优化设计，使其性能得到最大限度的发挥。
参考文献
[1] MicheleVID.关于空气源热泵机组的值暖通空调技术[J]，上海市暖通情報网，1998.
[2] 江辉民，王洋，马最良，姚杨.带热水供应的家用空调器的探讨[J].建筑热能通风空调，2004（1）：48-51.
[3] 郭俊杰.空气源热泵热水装置优化分析与运行策略研究[D].上海：上海交通大学，2013.