为什么说空气源热泵比空调“厉害”？

发表时间：2021-08-24 21:34
对于热泵的低温性能，很多人有疑问——

问：空调也能制热，空气源热泵也能制热，而且跟空调长得差不多，但为何热泵价格相对高一截？

问：都说空气源热泵制热能力比空调强，究竟强在哪里？为什么强？

问：目前低温空气源热泵在-35℃的环境温度中稳定制热，技术上是如何做到的？



为此本文试图尽量用科普和口语，系统而全面地解释了两者的异同点，并，来说明为什么空气源热泵低温制热能力强！
 
第一、设计理念的不同
首先要了解空气源热泵和空调两种产品的设计理念不同，进而理解其产品的不同，我们先把两者设计理念不同的地方列表如下。
1.1使用对象不同

空调：主要使用在有制冷需求的地方，所以空调设计时强调制冷，制热为辅，这也是当前空调制热运行时，都要采用电加热辅助方式补充制热的原因；

空气源热泵：主要使用在有制热需求的地方，所以空气源热泵设计时首先强调制热，以全气候运行中不采用电加热辅助制热为目标，并且兼顾有制冷功能。
1.2功能不同

空调：功能单一，只有制冷和制热，并且主要是制冷，冬季制热能力较弱；

空气源热泵：不单可以制冷和制热，也可以做泳池、洗浴、电泳等特种工业的加热源，也可以做农业烘干、污泥烘干等工作，用途广泛。
第二、产品设计的不同
由于两种产品的使用对象不同，决定他们采用的国家标准、选用的零部件、使用的地域、出风（或出水）温度、能效等均不同，分析如下：
2.1执行国家标准不同

空调：标准主要包括：家用空调、多联机、风冷冷水机组等标准。以制冷量和能效比为衡量指标；

空气源热泵：标准主要包括：家用热水、商业热水、家用采暖、商业采暖等标准。以制热量和性能系数为衡量指标，冷暖机还必须考核制冷量和能效比。
2.2零配件选用不同

空调：空调压缩机+翅片冷凝器或板式冷凝器器+不带亲水膜的室外翅片换热器+没有系统高压等保护控制；

空气源热泵：热泵专用压缩机（强调低温制热性能）+防冻高效罐式冷凝器+带亲水膜的室外翅片换热器+有系统高压等保护控制。

空调：在环境温度-7℃~43℃范围内使用；

空气源热泵：在环境温度-30℃~43℃范围内使用。
2.4最高出风（出水）温度不同

空调：最高出风（出水）温度50℃以下；

空气源热泵：最高出水温度60℃。特种如烘干机等，最高出风（出水）温度达到90℃左右。
2.5能效要求不同

空调：只对制冷工况有能效要求，制热无要求，属于单工况设计;

空气源热泵：不仅对制冷有要求（两联供机组），而且对制热能效有要求，特别低温机，要求在-12℃测试。属于双工况设计。
最新发布的25127.2-2020，增加-25℃的低温工况制热测试，更彰显了空气源热泵制热能力强这一特性。目前不少企业的产品，都已经能够在-35℃以下的环境温度中稳定制热！
第三、核心部件的差异
在以上所有列项中，又以压缩机不同为最重要，不同的压缩机决定产品的不同使用效果和不同的使用地域。
3.1压缩机的不同

空调：选用空调压缩机，以R22为例，最大运行压力不超过2MPa，压缩机比小于7，最高排气温度不超过90度；

空气源热泵：必须采用热泵压缩机，同样以R22为例，最大运行压力达到3MPa，压缩机比达到12，甚至更高到20，最高排气温度达到110度。
这些参数的不同，要求热泵压缩机的加工精度、轴承强度、电机耐温性能等方面均是在空调压缩机有数量级上的提升，热泵压缩机的运行范围是在空调压缩机上有成倍的扩大。
有了强壮的“心脏”，空气源热泵才能高温出风（水），低温运行。“高温”到广泛使用在出风温度达80℃以上的烘干行业，“低温”到大西北新疆等地，带老式铸铁暖气片采暖。
3.2控制器要求更高

为满足这种极端而又正常的使用条件，除了有强壮的“心脏”，还要有聪明的“大脑”，要求空气源热泵的主控制器既要保护制冷系统的运行可靠，又要保证用户24小时不断续的使用需求，容错性和精准性，两种相互矛盾的关系在空气源热泵的控制逻辑上得到完美的统一。
3.3气液分离器的特别设计

由于空气源热泵宽气候的运行特性，最高和最低环境温度的温差近80℃，由于制冷系统在低温工况运行时需要的制冷剂流量相对较小，较高温工况运行的制冷剂量减少20%以上，这对空气源热泵的系统容液量提出更高的要求，要系统根据实际运行参数自动调节参与有效运行的制冷剂的量。

所以，需要对气液分离器进行特别的设计，包括容积、回油孔、平衡孔等方面进行热泵方面的专门设计和大量的试验验证。
同时为了保证系统全天候运行时最适合的过冷度和满液蒸发，又需要另外增加一个高压储液器，这一般也是空调不需要的设计。
为了验证制冷系统对多余的存液量的耐受度，需要增加至少三个以上验证试验，相对空调，包括：低温液击试验、低温回油试验、低温低电压启动试验。所以，空气源热泵的设计考核比空调来的更加严格、更加多项。
3.4热泵化霜要求更高

针对空气源热泵的使用特点，冬季全天候制热运行，为保证低温环境下的制热效果和室内温度舒适性（减少波动），化霜是一个不可回避的问题，并相对空调的化霜要求更高。
常用的手段有：制冷剂换向化霜、热气旁通化霜、冷凝管末端余热化霜、热水回流翅片化霜、伴热带底盘化霜等等，真是手段无所不及。
往往多种手段综合使用，才能保证即使-25℃的环境运行，化霜时间也就3分钟左右，极大的提高机组的制热效果和用户的舒适性。
第四、直流变频喷气增焓技术
最后，我们再来看一下，低温空气源热泵与空调在系统设计上的不同。
在北京“煤改电”的政策推动，空气源热泵在低温环境的制热技术得到一个新的提高，就是直流变频喷气增焓技术的应用，使得空气源热泵在“煤改电”活动中，在诸多采暖设备中也是走在前列的。



变频低温空气源热泵系统图



空调器热泵的制热系统图
从上图可以明显看出，空调的四大件，压缩机、冷凝器、蒸发器、节流装置，到低温空气源热泵中就变成了五大件，压缩机、冷凝器、蒸发器、双节流装置、经济器，也就由单一系统变成了带喷气增焓的双系统，系统更复杂，成本更高，低温制热效果更好。
同时也可看出市面上80%以上的空调的节流装置均采用双毛细管节流，因为空调只需要考虑制冷国标工况和制热国标工况，两个单一工况，一根毛细管对应一个工况，使其达到最佳点，其他工况（环境温度）运行的制冷（热）性能就会偏离最佳运行状态，效果就会下降；
而低温空气源热泵，采用了双电子膨胀阀节流，针对不同的工况（环境温度），计算系统的最佳过热度和系统压力，自动调节系统最佳的流量，使得低温空气源热泵在全气候运行，系统均在最佳状态运行，效果均最佳，保证了低温空气源热泵更加节能、更加可靠。
第五、总结
综上所述，空气源热泵不同于并优于空调的主要有：
5.1 空气源热泵采用热泵专用压缩机，耐压、耐温、加工精度等方面均在空调压缩机上有数量级上的提高，并且使用寿命也大为延长。具备喷气增焓和直流变频功能加持后，其低温性能也大大加强；
5.2 空气源热泵的主控制器的逻辑设计较空调来的更复杂，比空调的单一制冷系统控制，还多一个水路系统控制；
5.3 空气源热泵的宽气候运行特点，同样匹数的机器，需要的制冷剂量较空调有增大，要求储液器的设计更复杂，一般还需要采用双储液器设计；
5.4 空气源热泵的化霜设计相对空调要求更高，既要保证制冷系统的稳定可靠运行，又要减少室内温度的波动幅度，提高用户的舒适度；
5.5 低温空气源热泵一般采用“五大件”设计，由空调的“四大件”的单一系统变成了带喷气增焓的双系统，低温制热效果更好，性能系数更高；
5.6 空气源热泵的节流装置全部采用电子膨胀阀或外平衡热力膨胀阀，相对空调的毛细管节流精度更高，调节范围更宽。
基于以上几点，空气源热泵不等同空调，低温制热性能更强，更适用于北方的建筑供暖、工农业设施供暖，也是将来建筑舒适节能系统的必选品。



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