随着国家政策的扶持力度加大，北方地区能源结构变革，“煤改电”大势所趋，空气能热泵在北方的广泛应用，同时也带来了很多关键技术的革新。今天小冷君就带大家看一看低温空气能热泵系统的一些关键技术及发展趋势。
热泵机组由蒸发器、冷凝器、压缩机、膨胀阀四大主要部件构成封闭系统，其内充注有适量的工质。机组运行基本原理依据是逆卡诺循环原理:液态工质首先在蒸发器内吸收空气中的热量而蒸发形成蒸汽(汽化)，汽化潜热即为所回收热量，而后经压缩机压缩成高温高压气体，进入冷凝器内冷凝成液态(液化)把吸收的热量发给需要的加热的水箱中，液态工质经膨胀阀降压膨胀后重新回到膨胀阀内，吸收热量蒸发而完成一个循环，如此往复，不断吸收低温源的热而输出所加热的水箱或地暖盘管中，直接达到预定温度。相比于普通热泵在-10℃及更低温度下，由于蒸发温度过低，引起蒸发量较少，导致压缩机回气量少，从而影响冷凝放热。超低温热泵增加了一条联通压缩机的补气增焓支路，当压缩机回气不够时，补气增焓支路会给压缩机补气，这样冷凝器的放热量就会提高，因此在极低的温度下仍能正常制热。
低温空气源热泵系统特点
低温热泵是以空气作为高品位(低品位)热源来进行供热的装置。以空气作为低品位热源 ,可以取之不尽 ,用之不竭 ,处处都有 ,无偿获取。结合空气源热泵安装灵活、使用方便、初投资相对较低 ，且比较适用于分户安装的特点 ,目前我国北方地区的采暖大多使用高能耗的锅炉系统，锅炉能效低，排放物多，对环境造成了极大的浪费，超低温泳池热泵的横空出世，给北方地区的供暖提供了一种更好的选择，也使为子孙后代留下更多的蓝天白云成为了一种可能。
我国研究低温空气源热泵的时间较晚，但是有些企业的研发投入已经很大，使领域内同行也不断加快步伐，技术发展迅猛，从这两年北方空气能热泵应用的情况来看，低温热泵的应用完全适用我国北方气候。
1、系统环境设计温度是-25℃，称为低温环境。
2、实际应用中多种末端混合使用的情况很普遍
为满足人们不同的取暖、生活热水需求，热泵末端温度设计可以可以参考如下：
日常生活用水+50℃
房间暖气片+50/+60℃
空调风机盘管+40/50℃
盘管地暖+35/45℃
3、能效比
在COP＞2.0的情况下，系统蒸发温度一般可低至-30℃，冷凝温度可高达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，根据国际蒙特利尔议定书规定R22将被R410A等一些环保制冷剂取代。
低温空气源热泵技术
在这里，我们介绍下喷液冷却和补气增焓。
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。
补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：
其次采用套管环流式换热器：传热效率高，成本较低，对水质要求高，内置铜管相对薄，使用寿命相对短，民用及商用均可采用此换热器，制冷、采暖、热水。
再者采用高效罐换热器：成本低，制热效果好，占地面积小，需要制冷时需解决好回油问题，制冷效果其他换热器低,民用户式采暖及机组多采用此换热器。
最后提一下应用比较稳定，化霜效果好（水容积较大），使用寿命持久度管壳式换热器，此类型换热器占地面积大，内置铜管厚，可维修不易堵，相对造价高一些，在条件允许的情况下多建议采用此类型换热器设备，一般10p以上设备多采用此类型换热器。
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