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【摘 要】 空气源热泵因为具有高效节能，环保无污染等特点而成为行业内关注的焦点。但是其在寒冷地区的实际应用中还存在着一些问题，例如化霜问题，低温启动问题等，经过实验发现低温不启动主要是由于高压低，冷媒流量少，从而导致低压过低引起的，在此基础上。我们对不同的空气源热泵系统提出了五种不同的可行性低温启动方案，他们分别是1.变节流启动，2.蓄能增焓启动，3.辅助电加热启动，4.变流增焓启动，5.变水位增焓启动。通过实验证明：这五种方案都能够实现空气源热泵在环境温度-20℃条件下正常启动。空气源热泵低温启动的实现将加速空气源热泵在北方地区的发展，从而给国家和社会带来更多的效益。
【关键词】 空气源热泵；变节流启动；蓄能增焓启动；辅助电加热启动；变流增焓启动；变水位增焓启动
1 引言
热泵一词主要由水泵一词衍生而来，在自然界中水自发由高处流向低处，水泵可将水从高处送到低处利用，同样热量可自发由高温热源传向低温热源，而热泵可将热量由高温热源泵送到低温热源加以利用，所以热泵是一种热量提升装置。热泵按照热源种类可以分为空气源，地表水，地下水土壤太阳能等形式的热泵。近年来，随着人民生活水平的提高，热泵技术在世界范围内得到大家普遍关注。其中尤以空气源热泵最为受人们关注。但是空气源热泵要应用于华东，华南等长江以南地区，广东，福建，浙江，云南，江西等省份发展良好，这些地区的热泵运行区间（-5～10℃）比较狭窄，机组的经济性能可以得到较好的保证，无需辅助热源，能够以较低的投资，较低的能耗满足该地区的采暖空调要求。而在广大北方地区，由于无法解决结霜等产品运行困难问题，广大北方无人敢企及。近年随着人们物质生活水平的提高，人们对生活品质的要求越来越高。我国北方地区一直采用燃油燃煤采暖，造成空气污染严重，据不完全统计，燃煤采暖已成为北方雾霾的罪魁祸首。所以所以如何探索出一条洁净的可持续发展道路，如何使空气源热泵能够很好的应用于北方，摆脱人们对燃油燃煤采暖的依赖成为摆在暖通学界，工程学界的重要课题。使空气源热泵应用与北方首先要解决的就是北方（-20℃）低温下，如何启动空气源热泵的问题。
在热泵机组内影响冷媒流量的主要以素有：低压，高低压差，冷媒液体的过冷度。低压值主要影响压缩机的输气量；高低压差是冷媒流动的动力；液体过冷度能防止冷媒的提前气化。
当机组启动时，压缩机不断抽吸蒸发器内的冷媒蒸气，将其排入冷凝器，造成蒸发器内低压，冷凝器内高压，形成压力差后，冷媒克服节流装置的阻力进入蒸发器，完成在整个系统中的循环。当环境温度较低时，压缩机的输气量较小，假若此时高压侧换热介质温度也较低，那么在高压侧就很难形成高压，压差小势必造成流经节流装置的冷媒流量小。压缩机不断抽吸蒸发器内的冷媒，蒸发器内冷媒却得不到足够的补充，这样很快就会造成蒸发器内低压过低，导致机组低压保护。
针对上述情况我们可以采取两种手段保证机组能够正常启动，一是启动时减小节流程度，二是提高冷凝压力。
2 可行性空气源热泵低温启动方案
2.1变节流启动
在环境温度和水温都相对较低时，我们可以采用一个相对节流程度较小的节流装置进行启动，完成启动后再恢复正常节流。例如：我们可以选择电子膨胀阀作为节流元件，启动时将电子膨胀阀开度调大（不能过大，过大将导致冷媒串流，无法形成压差，严重时甚至会出现液击），降低其节流程度，使冷媒在相对较小的压力差作用下就能够保证有足够的（蒸发器内不至于形成低压）冷媒流过，随着冷媒的不断循环，高压不断升高，低压会渐渐趋于正常，此时再将电子膨胀阀调到适当的开度，使整个系统循环达到此工况下的平衡状态。空气源热泵系统启动完毕，系统正常运行。
2.2蓄能增焓启动辅助电加热启动
经过长时间的研究发现，当高压侧环境温度高时，即使低压侧条件恶劣，也不至于导致机组无法启动。针对此种情况，当高压侧环境温度低时，我们可以采取措施提高高压侧环境温度提高。例如：在空气源热泵采暖系统（有二次媒介）中增加蓄能装置；或者是在系统中增加辅助电加热装置。保证与机组高压侧换热的媒介始终保持保持在一个相对较高的温度。这样一来从机组刚一启动就可以有足够的压力差推动冷媒的流动，从而完成使空气源热泵机组能够在较低的温度环境下能够启动。我们称上述两种启动方法分别为蓄能增焓启动和辅助电加热启动。具体应用方法如下：
蓄能增焓启动，是在供暖系统中增加化霜电磁阀（与末端并联），在控制系统中设定最低水箱温度，当水箱温度低于该值时，化霜电磁阀打开，开启主机，使水箱温度升高到要求的温度，从而保证水箱温度维持在某一段相对较高的温度，以此保证空气源热泵机组的低温启动。
辅助电加热启动，是在供暖或热水系统的水箱中增加辅助电加热装置，设定水箱最低水温，若开机时检测到水箱内水温低于该设定值则开启辅助电加热，将水箱内的水加热到热泵可以启动的温度，然后再开启热泵主机。
上述两种方案主要解决热泵系统长时间不用，系统水温低，高压低，低压低的启动困难问题。
2.3变流增焓启动
当高低压侧环境温度都较低时，想办法提高高压侧压力，也不失为一种解决机组低温启动的一种好办法。例如在空气源热泵供暖或热水（非内盘管型）系统中的二次媒介换热系统上增加电动调节阀。当发生环境温度和水温度都较低的情况时，通过调节电动阀，减小二次媒介的流量，从而可以削弱高压侧换热能力，以便增大了换热温差，因此可以提高二次媒介的平均温度。种种条件的变化最终使热泵系统维持在一个相对可靠地的高压范围内，保证空气源热泵机组正常启动。启动完毕后再根据实际情况调节电动调节阀的开度，以便使整个系统安全有效地运行。
在无法创造高温（相对高）环境的条件时，此方法可以解决空气源热泵供暖或热水（非内盘管型）无法启动的问题。
2.4变水位增焓启动
对于内盘管空气源热泵热水机组，在环境温度和水箱温度都比较低的情况下，我们可以通过降低水位，减小高压侧换热器的换热面积来增加换热温差，提高高压侧压力，从而保证空气源热泵系统具有足够的动力差从而最终完成启动。
3 结论
环境温度较低时可以采取两种手段使机组能够正常启动，一是启动时减小节流程度；二是提高冷凝压力。减小节流程度的启动方法主要就是变节流启动；针对不同的空氣源热泵系统型式提高冷凝器压力的启动方法主要有蓄能增焓启动、辅助电加热启动、变流增焓启动、变水位增焓启动，后一种方法在应用时配合第一种方法启动效果更好。伴随着人们物质生活水平的提高，人们的环保意识的觉醒，人们将越来越迫切的需要找到一种摆脱燃煤采暖依赖的新型采暖形式的。我们相信随着地源热泵技术的研究的深入和成熟，地源热泵技术将越来越广泛的应用于人们的生活中。地源热泵未来作为一种环保节能高效的采暖形式而被越来越多的人们接受。
参考文献：
[1]马国远，邵双全.寒冷地区空调用热泵的研究.太阳能学报，2002（1）：17-22
[2]可再生能源丛书《地热利用技术》.化学工业出版社，2009.
[3]《夏热冬冷地区建筑节能技术》.中国建筑出版社，2008
[4]《空气源热泵工程技术指南》.中国建筑出版社，2010
[5]清华大学建筑节能研究中心中国建筑节能年度发展研究报告.中国建筑工业出版社，2008
[6]空气源热泵及其用于寒冷地区的建筑采暖研究.家电科技，2004.2
【关键词】 空气源热泵；变节流启动；蓄能增焓启动；辅助电加热启动；变流增焓启动；变水位增焓启动
1 引言
热泵一词主要由水泵一词衍生而来，在自然界中水自发由高处流向低处，水泵可将水从高处送到低处利用，同样热量可自发由高温热源传向低温热源，而热泵可将热量由高温热源泵送到低温热源加以利用，所以热泵是一种热量提升装置。热泵按照热源种类可以分为空气源，地表水，地下水土壤太阳能等形式的热泵。近年来，随着人民生活水平的提高，热泵技术在世界范围内得到大家普遍关注。其中尤以空气源热泵最为受人们关注。但是空气源热泵要应用于华东，华南等长江以南地区，广东，福建，浙江，云南，江西等省份发展良好，这些地区的热泵运行区间（-5～10℃）比较狭窄，机组的经济性能可以得到较好的保证，无需辅助热源，能够以较低的投资，较低的能耗满足该地区的采暖空调要求。而在广大北方地区，由于无法解决结霜等产品运行困难问题，广大北方无人敢企及。近年随着人们物质生活水平的提高，人们对生活品质的要求越来越高。我国北方地区一直采用燃油燃煤采暖，造成空气污染严重，据不完全统计，燃煤采暖已成为北方雾霾的罪魁祸首。所以所以如何探索出一条洁净的可持续发展道路，如何使空气源热泵能够很好的应用于北方，摆脱人们对燃油燃煤采暖的依赖成为摆在暖通学界，工程学界的重要课题。使空气源热泵应用与北方首先要解决的就是北方（-20℃）低温下，如何启动空气源热泵的问题。
在热泵机组内影响冷媒流量的主要以素有：低压，高低压差，冷媒液体的过冷度。低压值主要影响压缩机的输气量；高低压差是冷媒流动的动力；液体过冷度能防止冷媒的提前气化。
当机组启动时，压缩机不断抽吸蒸发器内的冷媒蒸气，将其排入冷凝器，造成蒸发器内低压，冷凝器内高压，形成压力差后，冷媒克服节流装置的阻力进入蒸发器，完成在整个系统中的循环。当环境温度较低时，压缩机的输气量较小，假若此时高压侧换热介质温度也较低，那么在高压侧就很难形成高压，压差小势必造成流经节流装置的冷媒流量小。压缩机不断抽吸蒸发器内的冷媒，蒸发器内冷媒却得不到足够的补充，这样很快就会造成蒸发器内低压过低，导致机组低压保护。
针对上述情况我们可以采取两种手段保证机组能够正常启动，一是启动时减小节流程度，二是提高冷凝压力。
2 可行性空气源热泵低温启动方案
2.1变节流启动
在环境温度和水温都相对较低时，我们可以采用一个相对节流程度较小的节流装置进行启动，完成启动后再恢复正常节流。例如：我们可以选择电子膨胀阀作为节流元件，启动时将电子膨胀阀开度调大（不能过大，过大将导致冷媒串流，无法形成压差，严重时甚至会出现液击），降低其节流程度，使冷媒在相对较小的压力差作用下就能够保证有足够的（蒸发器内不至于形成低压）冷媒流过，随着冷媒的不断循环，高压不断升高，低压会渐渐趋于正常，此时再将电子膨胀阀调到适当的开度，使整个系统循环达到此工况下的平衡状态。空气源热泵系统启动完毕，系统正常运行。
2.2蓄能增焓启动辅助电加热启动
经过长时间的研究发现，当高压侧环境温度高时，即使低压侧条件恶劣，也不至于导致机组无法启动。针对此种情况，当高压侧环境温度低时，我们可以采取措施提高高压侧环境温度提高。例如：在空气源热泵采暖系统（有二次媒介）中增加蓄能装置；或者是在系统中增加辅助电加热装置。保证与机组高压侧换热的媒介始终保持保持在一个相对较高的温度。这样一来从机组刚一启动就可以有足够的压力差推动冷媒的流动，从而完成使空气源热泵机组能够在较低的温度环境下能够启动。我们称上述两种启动方法分别为蓄能增焓启动和辅助电加热启动。具体应用方法如下：
蓄能增焓启动，是在供暖系统中增加化霜电磁阀（与末端并联），在控制系统中设定最低水箱温度，当水箱温度低于该值时，化霜电磁阀打开，开启主机，使水箱温度升高到要求的温度，从而保证水箱温度维持在某一段相对较高的温度，以此保证空气源热泵机组的低温启动。
辅助电加热启动，是在供暖或热水系统的水箱中增加辅助电加热装置，设定水箱最低水温，若开机时检测到水箱内水温低于该设定值则开启辅助电加热，将水箱内的水加热到热泵可以启动的温度，然后再开启热泵主机。
上述两种方案主要解决热泵系统长时间不用，系统水温低，高压低，低压低的启动困难问题。
2.3变流增焓启动
当高低压侧环境温度都较低时，想办法提高高压侧压力，也不失为一种解决机组低温启动的一种好办法。例如在空气源热泵供暖或热水（非内盘管型）系统中的二次媒介换热系统上增加电动调节阀。当发生环境温度和水温度都较低的情况时，通过调节电动阀，减小二次媒介的流量，从而可以削弱高压侧换热能力，以便增大了换热温差，因此可以提高二次媒介的平均温度。种种条件的变化最终使热泵系统维持在一个相对可靠地的高压范围内，保证空气源热泵机组正常启动。启动完毕后再根据实际情况调节电动调节阀的开度，以便使整个系统安全有效地运行。
在无法创造高温（相对高）环境的条件时，此方法可以解决空气源热泵供暖或热水（非内盘管型）无法启动的问题。
2.4变水位增焓启动
对于内盘管空气源热泵热水机组，在环境温度和水箱温度都比较低的情况下，我们可以通过降低水位，减小高压侧换热器的换热面积来增加换热温差，提高高压侧压力，从而保证空气源热泵系统具有足够的动力差从而最终完成启动。
3 结论
环境温度较低时可以采取两种手段使机组能够正常启动，一是启动时减小节流程度；二是提高冷凝压力。减小节流程度的启动方法主要就是变节流启动；针对不同的空氣源热泵系统型式提高冷凝器压力的启动方法主要有蓄能增焓启动、辅助电加热启动、变流增焓启动、变水位增焓启动，后一种方法在应用时配合第一种方法启动效果更好。伴随着人们物质生活水平的提高，人们的环保意识的觉醒，人们将越来越迫切的需要找到一种摆脱燃煤采暖依赖的新型采暖形式的。我们相信随着地源热泵技术的研究的深入和成熟，地源热泵技术将越来越广泛的应用于人们的生活中。地源热泵未来作为一种环保节能高效的采暖形式而被越来越多的人们接受。
参考文献：
[1]马国远，邵双全.寒冷地区空调用热泵的研究.太阳能学报，2002（1）：17-22
[2]可再生能源丛书《地热利用技术》.化学工业出版社，2009.
[3]《夏热冬冷地区建筑节能技术》.中国建筑出版社，2008
[4]《空气源热泵工程技术指南》.中国建筑出版社，2010
[5]清华大学建筑节能研究中心中国建筑节能年度发展研究报告.中国建筑工业出版社，2008
[6]空气源热泵及其用于寒冷地区的建筑采暖研究.家电科技，2004.2