论文部分内容阅读
【摘 要】热泵实际上是通过逆向热力循环（即制冷系统的循环）依靠消耗机械功而把室外环境中的低温位热量连同消耗的功转移到需要较高温度的某一区域中去来促使热量由低温度介质转向高温度介质的装置。热泵型空调器的制热功能对我国江南地区大部分没有集中供暖设施的民居来讲是不可或缺的。对热泵型空调器低温制热相关问题进行了分析与阐述，并对其辅助热源进行了研究和探讨。
【关键词】热泵型空调器；分体式；室内机；消费者；外气温；制热能力
Low-temperature heat pump air conditioner Discussion
Liu Jia
（Qingdao Hisense Hitachi Air Conditioning Systems Co.， Ltd. Shanghai Branch Shanghai 200434）
【Abstract】Heat pump mechanical work is actually consumed by relying on the reverse thermodynamic cycle （ie cycle refrigeration system） and the outdoor environment along with low bit calories consumed power shifted to higher temperatures needed to go to a certain area to promote heat from low temperature media steering high temperature of the medium. Heat pump air conditioner heating function for most of the southern areas without central heating dwellings terms is essential. Low-temperature heat pump air conditioners heat-related problems are analyzed and explained， and conducted research and explore its auxiliary heat source.
【Key words】Heat pump air conditioner；Split； indoor unit；Consumers；Outside temperature；Heating capacity
热泵型空调器的制热功能对我国江南地区大部分没有集中供暖设施的民居来讲是不可或缺的。在自然界中，水从高处向低处流动，水泵则可将水从低处运回到高处。同理，自然界中的热量由高温热源传递到低温热源，而热泵则可将低温热源输送到高温热源。当然，热泵空调器在实际工作中，其制热量应扣除室外机组的散热：热泵空调器蒸发器的工作温度接近室外环境温度，而冷凝器的工作温度接近供暖区域的温度。
1. 低温环境下使用热泵型空调器制热过程中存在的问题
众所周知，热泵空调器按热泵方式运行的时候，其供热能力受到环境温度的影响，环境温度越低，供热能力也越低：在环境温度低于一7℃时，其制热能力与标称能力相比将大大减少，制热效果难如人意。其主要原因是当环境温度太低时，机组与室外环境之间的换热量将减少；另外随着系统蒸发温度及冷凝温度的下降，从压缩机的性能曲线可知压缩机的轴功率将下降即消耗功减少，两方面的结果导致空调器的制热能力降低：
图1 （实线为活塞式，虚线为涡旋式）
1.1 内机体积越小越难热。
主要原因是可循环风量过小家用分体式空调器的室内机已成为卧室的一员。所以对其装饰性的要求（外观和形状）也就多了几分挑剔。为了迎合消费者的口味，一些分体式空调器的生产厂家动足脑筋变换着室内机的形状，并尽量缩小其体积，以造成有别于人的视觉效果。室内机体积趋向小型化，但室内机应该容纳下的蒸发器、贯流风叶、风叶电机、控制组件等一个也不能省却。相关零部件体积的缩小，元器件空间距离的缩小，室内机外壳的缩小（有的甚至材料变薄）……，一味地强调小，量变终于引起了质变。由于室内机风道较窄，循环风量就小，导致制热速度缓慢，热空气也只能在某一区域内小循环。房间温度均匀性变差了，制热效果不佳了。即使空调器运行着，一个房间也会产生较明显的两个温度区域，站在室内机出风口下面头被吹得发烫，离开少许距离却觉着要加穿衣服。
1.2 压缩比过大，会给空调器的运行带来诸多不利因素。
在低温环境按热泵方式运行时，单级压缩式制冷机所能达到的冷凝温度爪取决于蒸发压力Po及压缩比PK/Po，首先，压缩比过大会造成排气温度过高，而由于气缸余凉容积的存在，又将导致压缩机的输气系数降低；其次，压缩比过大将使实际压缩过程与绝热压缩过程产生更大的偏差，造成压缩机的效率下降，经济性变差，如图1、图2所示；此外压缩比过大会造成压缩机线圈温度、润滑油温度上升，使得压缩机工作条件恶劣化，从而缩短压缩机的寿命，同时也是造成运转部件损耗等的原因；而且压缩比过大会导致压缩机的排气脉冲增加，从而带来不必要的噪声。所以在一定的蒸发温度下，要取得更高的冷凝温度就受到了压缩比的限制。
图2 （实线为活塞式，虚线为涡旋式）
2. 解决问题的办法
2.1 使用变频式涡旋压缩机。
压缩机是热泵空调器的核心，其热力性能与可靠性对机组的总体性能起到关键作用。目前，空调器普遍采用的压缩机主要有 3 种类型：活塞式、涡旋式、旋转式。从压缩机的原理来看，涡旋式压缩机无论是在运行效率、压缩平稳度、过热损失，还是在余隙容积损失、噪音、振动等方面都具有独特优势。涡旋式压缩机及活塞式压缩机处于8 ℃以上环境制热时，会产生类似的热量，但是涡旋式压缩机的 COP比活塞式的高出 5%；而在 -8 ℃以下时，涡旋式与活塞式的 COP 则类似，但是涡旋式压缩机制热量要高出活塞式 9%。变频压缩机在适用范围、能力调节及运行效率等方面都比定速压缩机强，它能够通过改变频率扩大适用范围，因此能更好地适应温度变化带来的负荷量变化。尤其在室外环境处于低温的情况下，变频压缩机可高效率工作，促使热泵型空调器产生足够的热量，维持室内供暖需求。 2.2 充分利用辅助加热手段。
国内家用空调器电辅助加热器主要采用电热管和PTC两种加热元件：从对电热管和用毛制热性能的试验结果来看，电热管发热稳定，不受环境温度的影响，而PTC的制热效果则随着环境温度的下降而增大，但其增加的绝对值较小。电热管和PTC的发热效率大体相当，但电热管的表面温度高，表面带电，而电辅助加热器的功率都较大，一般在1000W以上，因此存在着较大的人身安全隐患；而PTC电加热器的特点是工作温度稳定、升温快、表面温度低（一般在200℃以下）、安全可靠。即使在非正常工作的情况下，由于PTC元件自身的调节作用，输人功率可降得很低，仍不至于产生意外情况。因此国内大部分空调厂家都采用PTC加热器作为辅助加热手段。
2.3 优化除霜模式。
当环境温度较低时，热泵型空调器大多忙于除霜，而没有真正发挥制热的效果，其出风温度也较低。所以，尽量减少结霜、加快除霜速度，可有效提高制热效果，并降低运行成本。现阶段，热泵型空调器大多根据室外盘管的温度及低温运行时间等条件来判断是否除霜，一旦达到除霜条件就开始工作，而忽略了其是否符合实际需要。这种频繁的除霜状态在除霜上效果良好，但是缩短了制热时间，造成所需热量不足；反过来，如果长时间不除霜或者除霜的时间过短，就会造成除霜不彻底，换热效果差，也会造成制热量不足。因此，既要防止结霜又要快速除霜，同时可选用电子膨胀阀在除霜情况下加大流量，缩短除霜时间。总之，解决除霜问题可有效提高热泵型空调器的低温制热效率。为确保除霜后翅片表面残留的水分迅速脱离，可选择亲水预涂铝箔翅片，并适当提高翅片的间距。同时，还要加强对除霜方法、除霜控制形式的研究和试验，进一步提高热泵型空调器的运行可靠性及效率。
3. 结语
随着现代社会对节能概念的重视，变频器以其独特的优势在电机调速的应用中发挥了无可取代的作用。
参考文献
[1] 桂国庆. 热泵型空调器低温制热与低温制冷分析[J]. 机电信息，2011，24：87+89.
[2] 牛万利. 空调器制热系统故障的检测[J]. 家电检修技术，2008，23：35～36.
[3] 王铭坤，张亮，黄伟青. 热泵型空调器低温制热及低温制冷的探讨[J]. 机电工程技术，2008，08：107～109.
[4] 胡燚. 新型多功能热泵空调器试验研究[D].哈尔滨工业大学，2007.
[5] 傅福良. 热泵型空调器为什么冬天难制暖[J]. 家用电器科技，2000，04：13～14.
[6] 刘忠民. 热泵空调器低温制热的探讨[J]. 制冷与空调，2001，01：45～48.
【关键词】热泵型空调器；分体式；室内机；消费者；外气温；制热能力
Low-temperature heat pump air conditioner Discussion
Liu Jia
（Qingdao Hisense Hitachi Air Conditioning Systems Co.， Ltd. Shanghai Branch Shanghai 200434）
【Abstract】Heat pump mechanical work is actually consumed by relying on the reverse thermodynamic cycle （ie cycle refrigeration system） and the outdoor environment along with low bit calories consumed power shifted to higher temperatures needed to go to a certain area to promote heat from low temperature media steering high temperature of the medium. Heat pump air conditioner heating function for most of the southern areas without central heating dwellings terms is essential. Low-temperature heat pump air conditioners heat-related problems are analyzed and explained， and conducted research and explore its auxiliary heat source.
【Key words】Heat pump air conditioner；Split； indoor unit；Consumers；Outside temperature；Heating capacity
热泵型空调器的制热功能对我国江南地区大部分没有集中供暖设施的民居来讲是不可或缺的。在自然界中，水从高处向低处流动，水泵则可将水从低处运回到高处。同理，自然界中的热量由高温热源传递到低温热源，而热泵则可将低温热源输送到高温热源。当然，热泵空调器在实际工作中，其制热量应扣除室外机组的散热：热泵空调器蒸发器的工作温度接近室外环境温度，而冷凝器的工作温度接近供暖区域的温度。
1. 低温环境下使用热泵型空调器制热过程中存在的问题
众所周知，热泵空调器按热泵方式运行的时候，其供热能力受到环境温度的影响，环境温度越低，供热能力也越低：在环境温度低于一7℃时，其制热能力与标称能力相比将大大减少，制热效果难如人意。其主要原因是当环境温度太低时，机组与室外环境之间的换热量将减少；另外随着系统蒸发温度及冷凝温度的下降，从压缩机的性能曲线可知压缩机的轴功率将下降即消耗功减少，两方面的结果导致空调器的制热能力降低：
图1 （实线为活塞式，虚线为涡旋式）
1.1 内机体积越小越难热。
主要原因是可循环风量过小家用分体式空调器的室内机已成为卧室的一员。所以对其装饰性的要求（外观和形状）也就多了几分挑剔。为了迎合消费者的口味，一些分体式空调器的生产厂家动足脑筋变换着室内机的形状，并尽量缩小其体积，以造成有别于人的视觉效果。室内机体积趋向小型化，但室内机应该容纳下的蒸发器、贯流风叶、风叶电机、控制组件等一个也不能省却。相关零部件体积的缩小，元器件空间距离的缩小，室内机外壳的缩小（有的甚至材料变薄）……，一味地强调小，量变终于引起了质变。由于室内机风道较窄，循环风量就小，导致制热速度缓慢，热空气也只能在某一区域内小循环。房间温度均匀性变差了，制热效果不佳了。即使空调器运行着，一个房间也会产生较明显的两个温度区域，站在室内机出风口下面头被吹得发烫，离开少许距离却觉着要加穿衣服。
1.2 压缩比过大，会给空调器的运行带来诸多不利因素。
在低温环境按热泵方式运行时，单级压缩式制冷机所能达到的冷凝温度爪取决于蒸发压力Po及压缩比PK/Po，首先，压缩比过大会造成排气温度过高，而由于气缸余凉容积的存在，又将导致压缩机的输气系数降低；其次，压缩比过大将使实际压缩过程与绝热压缩过程产生更大的偏差，造成压缩机的效率下降，经济性变差，如图1、图2所示；此外压缩比过大会造成压缩机线圈温度、润滑油温度上升，使得压缩机工作条件恶劣化，从而缩短压缩机的寿命，同时也是造成运转部件损耗等的原因；而且压缩比过大会导致压缩机的排气脉冲增加，从而带来不必要的噪声。所以在一定的蒸发温度下，要取得更高的冷凝温度就受到了压缩比的限制。
图2 （实线为活塞式，虚线为涡旋式）
2. 解决问题的办法
2.1 使用变频式涡旋压缩机。
压缩机是热泵空调器的核心，其热力性能与可靠性对机组的总体性能起到关键作用。目前，空调器普遍采用的压缩机主要有 3 种类型：活塞式、涡旋式、旋转式。从压缩机的原理来看，涡旋式压缩机无论是在运行效率、压缩平稳度、过热损失，还是在余隙容积损失、噪音、振动等方面都具有独特优势。涡旋式压缩机及活塞式压缩机处于8 ℃以上环境制热时，会产生类似的热量，但是涡旋式压缩机的 COP比活塞式的高出 5%；而在 -8 ℃以下时，涡旋式与活塞式的 COP 则类似，但是涡旋式压缩机制热量要高出活塞式 9%。变频压缩机在适用范围、能力调节及运行效率等方面都比定速压缩机强，它能够通过改变频率扩大适用范围，因此能更好地适应温度变化带来的负荷量变化。尤其在室外环境处于低温的情况下，变频压缩机可高效率工作，促使热泵型空调器产生足够的热量，维持室内供暖需求。 2.2 充分利用辅助加热手段。
国内家用空调器电辅助加热器主要采用电热管和PTC两种加热元件：从对电热管和用毛制热性能的试验结果来看，电热管发热稳定，不受环境温度的影响，而PTC的制热效果则随着环境温度的下降而增大，但其增加的绝对值较小。电热管和PTC的发热效率大体相当，但电热管的表面温度高，表面带电，而电辅助加热器的功率都较大，一般在1000W以上，因此存在着较大的人身安全隐患；而PTC电加热器的特点是工作温度稳定、升温快、表面温度低（一般在200℃以下）、安全可靠。即使在非正常工作的情况下，由于PTC元件自身的调节作用，输人功率可降得很低，仍不至于产生意外情况。因此国内大部分空调厂家都采用PTC加热器作为辅助加热手段。
2.3 优化除霜模式。
当环境温度较低时，热泵型空调器大多忙于除霜，而没有真正发挥制热的效果，其出风温度也较低。所以，尽量减少结霜、加快除霜速度，可有效提高制热效果，并降低运行成本。现阶段，热泵型空调器大多根据室外盘管的温度及低温运行时间等条件来判断是否除霜，一旦达到除霜条件就开始工作，而忽略了其是否符合实际需要。这种频繁的除霜状态在除霜上效果良好，但是缩短了制热时间，造成所需热量不足；反过来，如果长时间不除霜或者除霜的时间过短，就会造成除霜不彻底，换热效果差，也会造成制热量不足。因此，既要防止结霜又要快速除霜，同时可选用电子膨胀阀在除霜情况下加大流量，缩短除霜时间。总之，解决除霜问题可有效提高热泵型空调器的低温制热效率。为确保除霜后翅片表面残留的水分迅速脱离，可选择亲水预涂铝箔翅片，并适当提高翅片的间距。同时，还要加强对除霜方法、除霜控制形式的研究和试验，进一步提高热泵型空调器的运行可靠性及效率。
3. 结语
随着现代社会对节能概念的重视，变频器以其独特的优势在电机调速的应用中发挥了无可取代的作用。
参考文献
[1] 桂国庆. 热泵型空调器低温制热与低温制冷分析[J]. 机电信息，2011，24：87+89.
[2] 牛万利. 空调器制热系统故障的检测[J]. 家电检修技术，2008，23：35～36.
[3] 王铭坤，张亮，黄伟青. 热泵型空调器低温制热及低温制冷的探讨[J]. 机电工程技术，2008，08：107～109.
[4] 胡燚. 新型多功能热泵空调器试验研究[D].哈尔滨工业大学，2007.
[5] 傅福良. 热泵型空调器为什么冬天难制暖[J]. 家用电器科技，2000，04：13～14.
[6] 刘忠民. 热泵空调器低温制热的探讨[J]. 制冷与空调，2001，01：45～48.