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1、低温空气源热泵热水机组冬季运行性能及问题分析［摘要］低温空气源热泵热水机组是寒冷地区替代锅炉制取生活热水的重要方案之一。本文基于对一台安装在北方酒店建筑中的空气源热泵热水机组冬季制热的实测数据，分析机组的逐时运行性能，以及运行过程中存在的启停、待机和除霜问题。结果表明：低温空气源热泵热水机组在寒冷地区能够制取满足要求的生活热水；在测试期间”室外平均干球温度为2.rcz制取生活热水的平均温度为43・4°C,机组的制热性能系数为2.59kWh/kW-h;在一周时间内,机组共出现了29次〃短期启停"和12次〃长期待机〃，共进行38次除霜，其中"误除霜〃率约为89%,用于〃误除霜〃消耗的电能约为
2、38kWh,导致机组的制热性能系数有所降低。［关键词］空气源热泵；实际运行性能；误除霜；性能系数；现场测试为实现建筑能耗的总量控制，缓解能源与环境问题对社会经济等方面的制约，近年来我国出台了一系列的〃煤改电〃、〃煤改气〃等政策法规，其中，空气源热泵被列为〃煤改电〃的重要技术方案之一。空气源热泵以环境空气作为低温热源，通过消耗部分电力制取热风或热水，不会产生燃煤锅炉所带来的空气污染问题，是一种清洁环保的采暖方式〔1】。然而”常规空气源热泵在低环境温度下会遇到制热量衰减、制热效率下降和压缩机排气温度过高导致压缩机频繁启停,甚至不能运行等问题。对此，诸多学者和企业针对低温环境下的空气源热泵开展
3、研究,并研发出相应产品。如：田长青等将双级压缩和变频技术有机结合，提出了适用于・18°C以上室外环境的双级压缩变频空气源热泵系统⑵；马国远等硏发出准双级压缩低温空气源热泵，其实验结果表明该产品可在J5°C环境温度下安全运行⑶;马最良等将空气源热泵与水-空气热泵或水-水热泵结合，构建双级耦合热泵系统，可以使空气源热泵在」0°C的环境温度下保障供热效果⑷；日本学者丹野英树开发出复叠式空气源热泵样机，在室外环境温度为J5°C的条件下，可制备出90°C的热水⑸。上述研究为低温空气源热泵系统的循环设计和产品研发提供了理论依据。在这些产品研发过程中，一般是在实验室内进行各种室外工况的性能试验、研究蒸
4、发器的结霜特性和除霜控制策略。然而，在产品的实际使用过程中，室外工况变化频繁，且有安装位置的限制容易出现排风短路影响进风，同时也受灰尘、雨雪、夕卜风等不确走因素的影响，其性能和运行状态与实验室的测试数据往往存在较大的偏差。为了探明空气源热泵在工程中的实际效果和运行性能,目前已开始重视现场性能的考察测评工作。例如：艾松卉等人对北京某办公楼的低环境温度空气源热泵机组进行了现场性能测试,结果表明,其制热季节能效系数约为3.20kWh/kWh⑹;对太原一座旅馆建筑用的低环境温度空气源热泵热水机进行了一年的实地测试，获得了该机组全年的运行性能和运行规律⑺。上述现场测试主要关注的是机组的运行性能和使
5、用效果,但很少对机组的运行状态，如启停、待机、结霜、除霜等细节进行考察。然而，探明空气源热泵在实际使用过程中的运行状态是改进机组控制策略、优化空气源热泵系统设计与运行管理的基础信息，但至今为止的现场测试尚未关注这个重要问题。因此，本文对一台低温空气源热泵热水机组进行了为期一周的现场测试，基于采集周期为lmin的实测数据,分析空气源热泵的逐时运行性能，并对机组启停、待机状态进行考察，并定量分析机组的〃误除霜"现象,以期为产品的研发和热泵系统的工程设计提供基础数据。1现场测试1.1项目概况京津冀地区某酒店安装有40余台空气源冷（热）水模块机组，为酒店提供空调冷（热）水；同时安装有2台冷凝热回
6、收空气源热泵模块机组（简称：热回收机组）,为客房提供生活热水。笔者选取其中1台热回收机组进行测试,其系统原理和测试现场如图1和图2所示。图1制备空调冷（热）水和生活热水的空气源热泵系统原理示意图2空气源热泵热回收模块机组的测试现场热回收机组的制冷剂为R22,采用涡旋压缩机中间补气方式实现准双级压缩，通过制冷剂回路的管路设计和四通阀的换向功能，可以制取空调用冷水、采暖用热水，也可在过渡季或冬季作为空气源热泵热水器使用以制取生活热水，三种功能的名义工况与性能参数如表1所示。此外，该机组采用了冷凝热回收技术,在制冷运行时可回收冷凝热制〕生活热水。表1空气源热泵热回收机组的名义工况参数1.2测试
7、方法在测试期间,热回收机组按照空气源热泵热水机组模式运行,为建筑制取生活热水。采用图3所示的水侧量热计法测量机组的制热量，并用功率采集仪监测机组的耗电量,温度和相对湿度传感器用于监测室外环境在测试期间的变化情况。图3测量参数及传感器测点布置示意参数的采集周期为lmin,测试期为2015年1月31日11:00至2015年2月6日21:00z各被测物理量及其测试仪器如表2。表2各被测物理量及测试仪器机组在使用环境下的实际运行性能受随时变
