摘要： 空氣源熱泵冷熱水機組在當?shù)乜梢宰鳛榭照{(diào)系統(tǒng)冷熱源之一應用于各類工程；一般情況下，按夏季負荷選定的熱泵能滿足凍季負荷要求，可不另設輔助加熱器；熱泵系統(tǒng)的全年能耗低于水冷機組加鍋爐的空調(diào)系統(tǒng)；采用熱泵的工程應充分考慮其制冷與供熱特點, 應充分注意其噪音和振動的影響及相應措施。

一、 概述

按照《規(guī)范》，熱泵被定義為能實現(xiàn)蒸發(fā)器與冷凝器功能轉(zhuǎn)換的制冷機。我們也可以稱熱泵為基于逆卡諾循環(huán)原理工作，既可以用來制冷，又可以用來供熱的機組。熱泵的分類多種多樣，如果按同熱泵的蒸發(fā)器和冷凝器換熱的介質(zhì)不同分類，熱泵可以分為：空氣-空氣熱泵，空氣-水熱泵，水-水熱泵、水-空氣熱泵、土壤-空氣熱泵及土壤-水熱泵等。其中空氣-水熱泵機組，即空氣熱源熱泵式冷熱水機組在工程上的應用更為廣泛。
熱泵機組的研究、生產(chǎn)與應用，在二十世紀七十年代才開始在美國等發(fā)達國家走上良性發(fā)展的道路。1980年我國在上海自行設計與生產(chǎn)了第一臺以R12為工質(zhì)，壓縮機功率為55KW的空氣—水熱泵機組，并投入了實際工程應用。一直至二十世紀八十年代末，空氣源熱泵冷熱水機組的研究、生產(chǎn)、應用在我國才有了較快的發(fā)展。剛開始，應用熱泵的工程主要為沒條件設置鍋爐或地價房價太貴或無空間設冷凍機房的建筑，可供選用的只有少數(shù)幾個進口品牌的機組，機組形式比較單一，多為活塞壓縮整體式風冷熱泵機組。這幾年采用熱泵的工程，無論在地域上或在建筑功能與規(guī)模上都有了很大的突破，熱泵機組的品牌、種類的選擇空間大為擴大，既有許多進口品牌，又有不少國產(chǎn)品牌，有活塞壓縮式熱泵機組，又有螺桿式機組，有整體式機組，又有模塊式熱泵機組，單臺機組制冷量從3RT-400RT，應有盡有，而且機組的制冷、制熱性能、質(zhì)量、可靠性等都有明顯的提高。

二、熱泵特性

空氣源熱泵冷熱水機組有如下特點：
1、空調(diào)系統(tǒng)冷熱源合一，且置于建筑物屋面，不需要設專門的冷凍機房、鍋爐房，也省去了煙囪和冷卻水管道所占有的建筑空間。 
對于寸土寸金的城市繁華地段的建筑，或無條件設鍋爐房的建筑，空氣源熱泵冷熱水機組無疑是一個比較合適的選擇。 
2、無冷卻水系統(tǒng)，無冷卻水系統(tǒng)動力消耗，無冷卻水損耗。 
空調(diào)系統(tǒng)如采用水冷式冷水機組，自來水的損失不僅有蒸發(fā)損失、漂水損失、還有排污損失、冬季防凍排水損失，夏季啟用時的系統(tǒng)沖洗損失，化學清洗稀釋損失等等，所有這些損失總和約折合冷卻水循環(huán)水量的2—5%，根據(jù)不同性質(zhì)的冷水機組，折合單位制冷量的損耗量為2-4t/100RT·h。這對我們某些嚴重缺少的城市來說，是一個比較可觀的數(shù)量。另外，相當一部分工程在部分負荷情況下冷卻水循環(huán)量保持不變?；蚋鶕?jù)主機運行臺數(shù)，只作相應的臺數(shù)調(diào)節(jié)。我們以前的經(jīng)濟比較很少重視這一點。 
3、由于無鍋爐、無相應的燃料供應系統(tǒng)，無煙氣，無冷卻水，系統(tǒng)安全、衛(wèi)生、簡潔。 
對于暖道專業(yè)來說，鍋爐房最有可能存在安全隱患，另外，冷卻水污染形成的軍團菌感染的病例已有不少報導，從安全衛(wèi)生的角度，空氣源熱泵具有明顯優(yōu)勢。 
4、系統(tǒng)設備少而集中，操作、維護管理簡單方便。一些小型系統(tǒng)可以做到通過室內(nèi)風機盤管的啟?？刂茻岜脵C組的開關。 
5、單機容量從3RT至400RT， 規(guī)格齊全，工程適應性強， 利于系統(tǒng)細化劃分，可分層、分塊、分用戶單元獨立設置系統(tǒng)等。 
6、夏天運行COP值較水冷機組較低，耗電較多，冬季運行節(jié)省能源消耗。對于冬冷夏熱城市的一般建筑而言，熱泵系統(tǒng)的全年能耗低于水冷機組加鍋爐的空調(diào)系統(tǒng)，但按目前的能源價格，熱泵系統(tǒng)的全年運行費用高于水冷機組加鍋爐方案。 
7、造價較高。作為空調(diào)系統(tǒng)的冷熱源方面的設備投資，空氣源熱泵冷熱水機組造價較高，比水冷式機組加鍋爐的方案的系統(tǒng)綜合造價貴20—30%，如只算冷熱源設備，熱泵的價格約為水冷機+鍋爐的1.5-1.7倍。 
8、空氣源熱泵冷熱水機組常年暴露在室外，運行條件比水冷式冷水機組差，其壽命也相應要比水冷式冷水機組短。 
9、熱泵機組的噪音較大，對環(huán)境及相鄰房間有一定影響。 熱泵通常直接置于裙樓或頂層屋面，隔振隔音的效果，直接影響到貼鄰房間及周圍一些房間的使用。合理的位置設置與隔振隔音措施的到位，熱泵噪音的影響可以基本消除。 
10、空氣源熱泵的性能隨室外氣候變化明顯。室外空氣溫度高于40-45℃或低于-10～-15℃時,熱泵機組不能正常工作。

三、熱泵出力與氣候 

在額定工況下，氣溫35℃，出水7℃，空氣源熱泵夏季制冷性能系數(shù)COP值在3.0左右，冬季（空氣7℃，出水45℃）如不計化霜損失，制熱系數(shù)COPH值也在3.0左右，空氣源熱泵的制冷、制熱性能與室外氣候有直接的關系, 空氣源熱泵冷熱水機組供冷能力隨室外溫度的升高而降低，機組消耗功率隨室外環(huán)境溫度的升高而增加。當室外空氣溫度增至40℃時，制冷量一般要下降5—7%左右?？諝庠蠢錈崴畽C組正常制冷的上限溫度一般在40-45℃，個別品牌設有冷凝器風扇速度逐步控制系統(tǒng)，最大允許室外溫度可達50℃左右。需要指出的是，跟冷卻塔不一樣，制冷工況下相對濕度對空氣源熱泵沒不利影響，相反，相對濕度大，對冷卻有利。城市夏季相對濕度較高，所以實際上風冷與水冷在冷卻效果的差異上，比人們想象的要小。
空氣源熱泵冷熱水機組的制熱特性更為復雜，當盤管表面溫度低于空氣露點溫度時，空氣會結(jié)露，此時盤管表面發(fā)生了相變換熱，有利于提高熱泵機組的制熱能力，但當盤管表面溫度低于空氣冰點溫度（0℃以下）時，如果空氣中的相對濕度同時達到某一程度，盤管表面就會結(jié)霜，如不及時化霜，霜層會越結(jié)越厚，影響空氣實際流通量，并阻礙了盤管上的熱交換，重者會結(jié)冰，壓縮機出現(xiàn)低壓保護停機。對應不同迎面風速和氣候條件，熱泵機組室外側(cè)空氣盤管上濕空氣存在著三種狀態(tài)，即結(jié)霜區(qū)，凝露區(qū)，干冷區(qū)(不結(jié)霜也不凝露)。結(jié)霜轉(zhuǎn)變曲線，它與焓濕圖上的等濕球溫度線接近。當迎面風速為2.5M/S、環(huán)境溫度為0℃、相對濕度為73%時，盤管上即開始結(jié)霜,如將迎面風速提高至4M/S,環(huán)境溫度為0℃，則相對濕度達82%時，盤管才開始結(jié)霜，提高風速可減緩積霜。面風速為2M/S時，室外空氣干球溫度在0—5℃，相對濕度>85%時結(jié)霜最為嚴重，當tw<-5℃時，結(jié)霜速率減慢，這是由于此時空氣中含濕量已明顯減少。
熱泵機組盤管上出現(xiàn)結(jié)霜，會影響機組的正常有效的供熱，故必須定時化霜。目前大部分機組采用反向循環(huán)來化霜，此時不僅這一部分壓縮機停止供熱運行，而且作制冷運轉(zhuǎn)，故系統(tǒng)供熱量受明顯影響。結(jié)霜嚴重時，平均半小時化一次霜，一次化霜的時間為5分鐘左右，因化霜減少的供熱量達17%左右。另外，室外溫度降低時，熱泵機組的出力明顯減少。0℃條件下，熱泵機組的實際出率為額定工況下的70%左右。-6℃情況下，出力只有額定工況下的62%左右，-10℃條件下供熱量只有額定工況下的55%左右。雨雪寒冷天氣對熱泵出力有明顯影響，重則影響正常運行，一些用戶采用人為延長化霜時間、澆溫水等方法去除冰霜。環(huán)境氣溫低于-10℃— -15℃時，熱泵機組一般都不能正常運行。
在夏季熱、冬季冷，濕度又高的地區(qū),冬季氣溫低于-5℃共有69個小時,白天8:00-18:00時段氣溫低于-5℃共有7個小時。1994年夏季氣溫高于37℃共有10個小時. 1993年、1994年,冬季熱泵處于結(jié)霜工作區(qū)分別有1613小時和1527小時(換熱器迎風面風速為2.0m/s)，如只計及白天8:00-18:00時段, 1993年、1994年,冬季熱泵處于結(jié)霜工作區(qū)分別有711小時和653小時(換熱器迎風面風速為2.0m/s)。平均計,地區(qū)空氣源熱泵機組結(jié)霜時間在1500小時左右，如只在白天運行，則全年結(jié)霜時間累計在680小時左右.如提高盤管迎面風速至3M/S，空氣源熱泵機組結(jié)霜時間在1300小時左右，如只在白天運行，則全年結(jié)霜時間累計在600小時左右。