1空气源热泵技术及发展历程分析
1.1空气源热泵技术
空气源热泵是基于逆卡诺循环原理，以空气为低温热源，通过少量高位电能驱动，将空气中的低位热能提升成高位热能加以利用的装置，具有高效节能、环保无污染等特点。空气源热泵技术自出现以来，就受到了广泛关注。COP是热泵系统能效比，是热泵循环的经济性指标，是热泵输出的热量与输入的电量之比，是衡量热泵性能的重要参数。
1.2空气源热泵发展过程
我国空气源热泵的发展路线是由南至北，发展趋势是由热水到采暖。2002年前后，空气源热泵热水器第一次进入我国广东，由于其高效和全天候的特点，在低于60℃热水市场中迅速推广到酒店、学校、工厂、体育馆和其他企事业单位。按照中国建筑气候区划图，从北纬40度往南，包括北京、天津、河北、山东、山西、河南大部分地区，到北纬34度线，属于寒冷地区。
由于传统空气源热泵在低温环境下存在制热量不足、性能低下和蒸发器结霜等问题，制约了空气源热泵供暖在我国寒冷地区的推广应用。近几年，国内外学者在压缩机技术和除霜技术方面进行了大量的研究，开发了喷气增焓压缩机、变频转子压缩机等压缩机技术，采用（准）双级压缩、复叠式压缩等热泵系统，有效解决了空气源热泵在低温环境下的制热问题。低环温空气源热泵在-12℃时COP值能达到2.1以上，在-20℃甚至-25℃时能正常运行。
2空气源热泵热水制备系统分类
2.1普通空气源热泵热水机组
该类型热水机组仅以提供单一热水为目的，利用空气源热泵消耗少量电能，将空气中的热能转移到自来水中，储存在热水箱中。此系统可解决使用电锅炉、燃气锅炉能耗和费用较高问题，具有节能效果。但该系统作用单一，在夏季无法有效利用蒸发器得到的制冷量，造成浪费。
2.2多功能空气源热泵热水机组
改系统通过管道、阀门变化设计，把制冷、供热、制备热水三种功能结合在一起，实现三联供，解决了普通系统功能单一、资源浪费和使用受季节限制的问题。但该系统到冬季，在制备热水同时还要向室内末端供暖，造成制冷剂量分配不合理及室外蒸发器温降严重，不仅大大增大了机组运行负荷，还容易出现结霜、制冷效果不理想、机组运行不稳等问题。
3空气源热泵热水工程案例
3.1工程概况
山西晋北某高档酒店占地总面积约33859m2，主要建筑物1栋，主要热水负荷为游泳池、健身房、客房及厨房，原热水系统热源为2台8T燃气锅炉，配套容积式热水换热器。锅炉已投入运行8年之久，设备老旧，日常运营成本较高且锅炉配套普通燃烧器，氮氧化物排放量超标，若继续运营，需进行低氮改造。
该酒店于2020年8月对热水系统进行了改造，应用普通空气源热泵作为主要热水系统热源，保留燃气锅炉及热水换热机组作为备用热源，该项目于2020年9月竣工投入。
3.2设备选型
按照《建筑物热水用量应用参照》（GB50015-2003），该建筑物按照宾馆客房选型，合计选取超低温空气源热泵热水机组（单台电功率180W，名义制热量540W，出水55℃）8台，加热水箱循环泵2台，恒温水箱循环泵2台，加热水箱1台，热水循环水泵及二次热水供水泵利旧。
主要设备参数为
a）空气源热泵机组（8台），型号：MAC500DR5HW；额定产水量：1288L/h；额定制热量：540kW；额定功率：150kW；适用环境：-28℃~43℃。
b）加热水箱循环水泵（2台），参数：Q=25m3/h，H=11m，N=2.2kw。
c）恒温水箱循环热水循环水泵（2台）：型号：MHI402DM；参数：Q=63m3/h，H=8m，N=0.55kW。
d）不锈钢保温卧式热水承压贮水罐（1台），参数：容积40m3，SUS304、316L不锈钢，用于贮存热水。
3.3功能分析
a）系统设计采用保温水箱模式，水箱与热泵之间采用模糊温度控制，使热泵产生的热水陆续输送到保温水箱。空气源热泵的启动采用定温定时精准启动。
b）控制系统采用自动智能化控制，数字显示，集热器、热媒主干管循环控制系统可以根据温差设定自动启停循环泵，储热罐循环控制系统可以根据进出口温差自动控制电磁阀启闭进行储热罐换热，可以根据设定的温度及时间自动开启和关闭辅助电加热。
c）空气源热泵加热受水箱的水温和设定时间的控制。当储热水箱内水温在设定的时间内低于设定温度时，空气源热泵开启加热，直到储热水箱温度达到设定温度时停止，空气源热泵可实现自动与手动智慧式服务。
d）系统设计夏季运行15小时完全可满足160T日用热水要求，春秋季运行18小时可满足要求。考虑冬季机组制热衰减，设置保温水箱较为必要，且实际运行效果良好。
4结论及后续改进思路
晋北某高档酒店热水系统应用空气源热泵热水系统后，运行稳定正常，能保障酒店的热水供应，其热水吨成本从35元/吨降至年平均12元/吨，运行费用较燃气锅炉大大减少，产生较好的经济效益；其次，该系统为自动化运行系统，减少了锅炉运行和检修人员，优化人员结构，利于企业降本增效；最后，该系统无大气排放物，保护了环境，产生了较好的环境效益。
鉴于该酒店屋面及周边空地较大，后期可考虑布置太阳能集热管辅助热水系统运行，进一步提高系统能效比。
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娄明坤（1986年2月~）男，山东莱州人，2009年7月1日毕业于太原理工大学给水排水工程专业，现就职于中煤平朔发展集团有限公司，从事区域供热管理工作。现职称:工程师。
