[发明专利]一种高效节能的空气源热泵及其使用方法

说明书

技术领域：本发明属于空气源热泵及其使用方法。

背景技术：目前的空气源热泵(也称风冷热泵)，主要是利用空气中所含的能量作为热泵机组的热源来实现夏季制冷、冬季制热。夏季制冷时，热泵机组的翅片换热器(此时为冷凝器)与空气进行热交换，换热管外的空气吸收换热管内高温高压气体制冷工质的热量将其冷凝成高压液体；冬季制热时，翅片换热器(此时为蒸发器)与空气进行热交换，换热管内的低温低压液体制冷工质通过吸收换热管外空气中的热量变成低压气体。简言之，空气源热泵夏季向空气中放热，冬季从空气中吸热。现有的空气源热泵机组的基本组成是：压缩机通过制冷工质管路连接四通换向阀、单向阀、贮液器、干燥过滤器、电磁阀、节流装置、热交换器以及空气侧换热器(翅片盘管换热器)。

常规空气源热泵的优点是：热源取之不尽、用之不竭，安装使用方便，因此近几十年空气源热泵得到了广泛应用。

常规空气源热泵的缺点是：空气源热泵在夏季制冷时需要向空气中排放热量，由于空气的比热容小，传热性能差，因此热泵机组的效率较低，环境温度越高，机组效率越低，而此时用户需要的冷量却越大。空气源热泵在冬季制热时需要从空气中吸收热量，当翅片换热器外表面温度低于0℃时，翅片管表面上会结霜(一般情况下当空气温度低于5℃时翅片换热器外表面就开始结霜)，霜层越厚传热效率越低，制热能力下降，甚至不能使用，所以空气源热泵在制热工况时都要定期除霜，目前的空气源热泵的除霜大多采用热气融霜的方式，即在除霜时，将蒸发器转换成冷凝器，利用高温高压的制冷工质蒸气将霜融化，然后再转回正常状态，机组在除霜时，不仅不能正常制热，还要制冷。而且环境温度较低、湿度较大时，机组更容易结霜，此时机组的制热能力和效率大幅下降，而此时用户需要的热量却越大。近几年也有采用电加热融霜方式，但由于这种方式要消耗大量的电能，因此应用的并不多。

在现有技术中，还有一种采用热源塔热泵系统进行空气换热的技术，其方案是：由常规的水源热泵机组通过载冷剂(通常夏季为水、冬季为防冻液)管路与水泵及热源塔连接起来，水源热泵机组包括压缩机、蒸发器、冷凝器、干燥过滤器、节流装置等通过制冷工质管路连接组成。这种热源塔热泵系统在制冷工况运行时，载冷剂(冷却水)在冷凝器中通过换热管与制冷工质进行热交换(吸取制冷工质的热量)，然后通过水泵进入热源塔，与空气进行热交换后(向空气中放出热量)又回到冷凝器中，升温后的空气则由风机排入大气中；制热工况运行时，载冷剂(防冻液)在蒸发器中通过换热管与制冷工质进行热交换(向制冷工质放出热量)，然后通过水泵进入热源塔，与空气进行热交换后(吸收空气中的热量)又回至蒸发器，降温后的空气则由风机排入大气中。从上述工作原理中可以看出，不论是制冷工况运行还是制热工况运行，热泵机组的放热与吸热均是通过载冷剂(通常夏季为水、冬季为防冻液)与空气进行二次换热，由于二次换热温差的存在，不可避免地在制冷时冷凝温度升高，制热时蒸发温度降低，大大降低了热泵系统的运行效率。采用这种技术方案还有一个更为严重的问题：即该系统在制热工况运行时，是靠载冷剂(防冻液)来传递热量的，由于空气中含有大量水份，在换热过程中这些空气中的水份就会源源不断地凝结到防冻液中，从而稀释防冻液的浓度。而这些载冷剂在蒸发器中与制冷工质进行热交换时，由于制冷工质的蒸发温度要低于载冷剂的温度，为防止载冷剂在蒸发器中结冰、冻坏换热器，就必须保证载冷剂(防冻液)具有一定的浓度(其冰点要低于制冷工质的蒸发温度)。因此，为达到防冻目的就必须源源不断地大量补充浓度较高的防冻液，以维持防冻液的浓度，环境温度越低，需要的防冻液的浓度也就越高，这样就必然要消耗大量的防冻液，使得该系统的运行成本大大升高，不仅浪费大量资源，还存在潜在的环境污染问题。