第三章　空气源热泵的组成及主要部件

第一节　空气源热泵系统的组成

图3-1所示为空气源热泵的系统原理图，它主要由压缩机、冷凝器、蒸发器、节流装置以及连接管路和其他制冷辅助部件组成。在系统中充注制冷剂（也称为制冷工质、冷媒），由压缩机驱动制冷剂在系统中循环流动，完成压缩、冷凝、节流和蒸发四个工作过程。

图3-1　空气源热泵系统原理图

冷凝器是系统用来向高温热源释放热量的换热装置，高温制冷剂气体在冷凝器中被冷凝为液体，释放热量，即冷凝放热。常用的冷凝器有翅片管式换热器、套管式换热器、板式换热器和壳管式换热器等。

蒸发器是系统用来从低温热源吸收热量的换热装置，低温制冷剂液体在蒸发器中被蒸发为气体，吸收热量，即蒸发吸热。常用的蒸发器为翅片管式换热器和壳管式换热器等。

节流装置是热泵系统中的重要部件，主要作用是对高压制冷剂液体进行节流降压，保证蒸发器和冷凝器间的压差；另外，还可以调节进入蒸发器的制冷剂流量，使系统高效率运行。常用的节流装置有毛细管、电子膨胀阀和热力膨胀阀等。

压缩机是空气源热泵系统中驱动制冷剂循环流动的动力源，相当于系统的“心脏”，它将从蒸发器吸入的低温低压制冷剂气体压缩成高温高压的制冷剂气体送入冷凝器。常用的压缩机有滚动转子式热泵压缩机和涡旋式热泵压缩机等。

由于工作温度范围与水、地源热泵等常规的压缩式热泵不同，空气源热泵机组还要配置一些辅助部件，并对热泵压缩机、冷凝器和蒸发器等提出特殊要求。例如：

①空气源热泵机组冬季按制热模式（热泵工况）运行，夏季按制冷模式运行。空气作冷源或热源时，无法像水源热泵那样通过水系统上阀门的开闭实现制热模式与制冷模式的转换。为此，空气源热泵机组要设置四通换向阀，通过四通换向阀实现制热模式与制冷模式的转换。

②空气源热泵机组在热泵工况下运行时存在融霜问题，通常采用逆循环除霜。在逆循环除霜时，冷凝器将转换为蒸发器。冷凝器内存在过多的液体制冷剂，在转换为蒸发器时有可能被吸回压缩机，过多的液体制冷剂被吸入到压缩机会出现“液击”现象造成压缩机损坏。为了避免出现此问题，空气源热泵机组在回气管设置了气液分离器。

③因为空气源热泵机组通过四通换向阀实现制热模式与制冷模式的转换，所以空气/制冷剂换热器既是蒸发器又是冷凝器。众所周知，蒸发器和冷凝器各有不同的设计要求和性能特点，而且机组中蒸发器和冷凝器各自负荷大小也不一样。为此空气源热泵机组的空气/制冷剂换热器（或水/制冷剂换热器）要尽可能同时能满足冬夏两季的工作条件，并且两器（冷凝器和蒸发器）还要保证空气源热泵机组在所有的运行工况下达到用户的要求。

④空气源热泵机组以室外空气为冷/热源，在制热模式下机组从室外空气吸热，并向温度较高的室内放热。因此，其压缩机在制热模式的蒸发温度要低于室外空气温度，冷凝温度要高于室内温度（或热水供应温度）。而机组在制热模式下运行时，其室外空气温度变化范围较大，约为-25～15℃。由此导致空气源热泵机组在制热模式下运行时，其压缩比大、压差大、排气温度高等，不同于普通制冷模式。正是基于这点的不同，其压缩机应具有不同于普通制冷压缩机的特点。也就是说一般情况下，空气源热泵机组不能直接选用制冷压缩机；只有在某些场合下，热泵的工作条件不超过制冷用压缩机所规定的工作条件，才可以选用普通的制冷压缩机。

⑤由于空气源热泵机组冬夏两季（夏季供冷、冬季供暖）运行工况有较大的差异，因此在制热与制冷模式下，其系统的质量流量不同。为此，系统上设置高压储液器，储存系统循环中多余的制冷剂。

⑥空气源热泵机组按制热模式运行时冷凝压力与蒸发压力的压力差与制冷模式运行时冷凝压力与蒸发压力的压力差不同，且相差甚大。而在两种工况下，工质的流动方向也正好相反。因此，机组节流装置的选择与在系统中的设置要满足上述要求。

上述各种情况充分表明，空气源热泵机组的组成部件既具有制冷系统组成部件的基本属性，又具有其特殊性。同时，还应注意到在空气源热泵系统中，压缩机、冷凝器、膨胀装置和蒸发器等每一个零部件都有独特的作用，但每个零部件的工作条件又都受其他零部件工作条件的影响。因此，单靠现有制冷部件是造不出理想的热泵的，需要进行新的开发以改进现有制冷部件在制热工况下的性能，才能满足空气源热泵的特殊要求。