【HETA】低温热泵领域应用的关键技术

这两年北方能源变革，“煤改电”市场火热，空气能热泵在北方被广泛应用。今天我们就来看一看低温空气能热泵系统的一些关键技术及发展趋势。

低温空气源热泵系统特点

从这两年北方空气能热泵应用的情况来看，低温空气源热泵系统运行相对稳定。

1、系统基本上环境设计温度是-25℃

2、实际应用中多种末端混合使用的情况很普遍

末端温度设计可以可以参考如下：

生活用水+50℃

暖气片+50/+60℃

风机盘管+40/50℃

地暖+35/45℃

3、能效比

在COP＞2.0的情况下，系统蒸发温度低至-30℃，冷凝温度高达65℃；如果制冷剂是R22，最大压差为25bar，如果制冷剂是R410A，最大压差是40bar，就目前制冷剂的发展趋势来看，是使用R410A替代R22。

低温空气源热泵技术

在这里，我们介绍下喷液冷却和喷气增焓。

喷液冷却的工作范围更宽，回路简单，加额外电磁阀（1x额外的电子膨胀阀(压缩机)）、温度传感器、可能压力传感器，需曲轴箱加热。

喷气增焓工作范围也较宽，但是回路复杂，加额外电磁阀（1x额外经济器膨胀阀）、额外经济器膨胀阀、额外板式换热器、额外温度传感器，制热能力提升。

可以预测，未来趋势是将以上的设计结合变频控制，变频机组运行高频时在相同匹数的前提下能增加40%以上的制热量。

化霜技术

1、逆回路和热气旁通

对于化霜技术我们来讲一下逆回路和热气旁通。

逆回路的优势是：化霜快速而且化霜完全，但是却可能从水箱带走热量，导致房间温度下降，逆回路在商用系统中比较受欢迎；

热气旁通的优势是：回路简单，可以稳定的房间温度，但是化霜慢且不完全，对压缩机有液击风险，需要较大的气液分离器。热气旁通通常使用一个换向阀，在小系统中被接受。

2、逆回路换向阀需要解决的问题

换向阀需要最小的压差来保证换向。在排气到吸气管旁通会窜气降低压差，从而导致滑块停留在中间位置，造成低质量流量工况、低频模式、低蒸发温度，因此需要限制窜气(中间流量)来保证足够的压差，用恰当的设计来实现较小的中间流量。

3、变频热泵系统

在这里再介绍一下变频热泵系统。变频热泵系统高频运行，运行过程中伴随着高质量流量和高压差；如果用过小中间流量换向阀，则四通阀有液击风险；因此建议选用中间流量较大的换向阀，不推荐换向阀在低频率模式下动作。

4、较高排气温度

空气源热泵换向阀中有一个薄弱部件——滑块。

滑块有两种选择：

选择1：尼龙

选择2：PTFE组合+尼龙

其温度极限一般< 120℃，尤其在R410A系统中，如果高压+高温，其极有可能产生形变，因此不推荐长期使用。建议的方案是：PPS+碳纤%PPS，它的温度极限是< 135℃，可以长期使用。

5、化霜优化建议

空气能热泵设备的结冰过程是这样的：

因此化霜我们可以从以下几方面来进行考虑：

开始/停止化霜的时机选择

使用蓄热器来避免房间温度下降

改进蒸发器的排水性能

膨胀装置

1、两种膨胀装置

空气源热泵系统中的膨胀装置有两种：热力膨胀阀和电子膨胀阀。

热力膨胀阀的特点：

市场存在双向的热力膨胀阀

冬季和夏季不同的性能（静态过热度需要微调）

电子膨胀阀特点：

真正的双向功能

所有季节相同的性能

更精确的控制

至少高出5倍的使用寿命

快速反应（在化霜期间全开）

成本优势，归功于更大的生产规模（含空调需求），几乎不增加控制的成本

2、电子膨胀阀&控制器的工作原理

其实就是一个复位过程：

一旦机组重启，电子膨胀阀将关闭至初始位置

为了确保电子膨胀阀完全关闭，一定的负脉冲是必要的

由于通过电子膨胀阀质量流量较低，阀将会润滑不足

传统的电子膨胀阀内部使用金属部件失步和卡死风险高

3、可能的电子膨胀阀解决方案

无接触设计(闭阀有流量)

改变控制模式：先全开500步，然后再关闭阀560步（最多只有60个负脉冲）

自润滑：使用PPS螺母

空气源热泵换热器

目前行业的痛点：目前的板式换热器生产多采用真空炉钎焊，效率低，板式换热器供应短缺；另外过去铝板换承压都较低，铜管与铅板的接口部位容易电位腐蚀。

蒸发器的换热性能和冷却液压降随冷却液流量变化的关系：