文 献 综 述

1.研究背景

人类对能源的利用经历了从薪柴时代到煤炭时代再到油气时代的演化，能源作为人类社会生存和发展的物质基础，已成为一个国家或地区全面可持续性发展的重要保障^[1]。中国是能源消耗大国，其能源主要依赖于燃煤，然而，燃煤的化学能转化为电能需要经过层层转换，这样不可避免的会导致大量能源浪费。设想如果在局部区域能实现能源的自我供应，形成能源微网^[2]，摆脱对燃煤的依赖，这样不仅能够节约能源，保护环境，还可以带来经济效益。

空气源热泵作为一种以环境空气作为低温热源，外加少量电能驱动，即可将空气中的低位热能转化为高位热能投入使用的装置，具有用途广泛，安全运行等优点^[3]。但由于空气的比热容较小，传热性能差，为了交换足够多的空气量，空气侧换热器进风量较大，造成了一定的噪声污染，同时也导致了换热器的体积比较庞大，提高了机组的制造成本。对于空气源热泵，当室外换热器表面温度低于0℃且低于空气的露点温度时，空气中的水分会在换热器表面结霜导致机组的供热能力降低，严重时机组会停止工作^[4]。此外，空气源热泵的应用，受到气温、季节变化的影响，其COP值相差也很大，而且随着被加热的水温度升高，COP也在下降，因此，如何使空气源热泵得以高效运行需要在运行方案上进行调整。

2.国内外研究现状

空气源热泵虽然节能环保，在生活中已有大量实际应用，但其运行工况受环境温度影响较大，尤其在低温环境下，空气源热泵效率下降明显^[5]且经常伴随着换热器冷侧表面结霜^[6]等不利情况的发生。针对以上问题的出现，国内外专家在提高空气源热泵低温运行效率和除霜这两个角度提出了各自不同的解决方案。

2.1低温空气源热泵系统相关研究

柴沁虎^[7]等研究了空气源热泵各种工况下的动态特性，并找出了压缩机最合理的补气腔开孔位置。马最良^[8]等提出了在空气源热泵基础上与水-空气热泵组合形成双级热泵供暖系统解决在低温环境下热泵制热性能不佳的问题。王林^[9]等提出了空气源热泵高温工况下单机循环，低温工况下复叠循环制热的方式。王伟，金苏敏^[10]等建立了适合低温运行的双级压缩空气源热泵动态仿真模型，并通过对参数值的改变来优化机组运行。董旭^[11]等提出了可适用于北方寒冷环境的过冷型经济器辅助喷气增焓数码涡旋空气源热泵。马国远^[12]等对闪蒸罐补气双级涡旋压缩式空气源热泵机组系统研究得出，冷凝温度保持恒定时，蒸发温度与制热量之间存在线性变化关系的结论，并认为低温环境下机组仍能满足供热的需求。李艳^[13]等提出了在补气增焓空气源热泵机组中配用过冷器，并与没有使用补气的常规型空气源热泵机组进行比较分析，经过建模和仿真模拟发现补气增焓热泵机组压缩机的排烟温度更低，机组的制热量更大，且随着蒸发温度的降低，两者的制热量差值增大，补气增焓热泵机组的优势愈发显著。日本的研究人员提出给涡旋压缩机系统配备喷液旁路的方法来解决低温工况制热排气温度过高的问题，Minea^[14]等人提出了一种提高空气源热泵低温运行的新思路，即将丙烷锅炉作为热泵的辅助热源，替代传统的电辅助加热方式，不但解决了北美冬季用电紧张问题，同时还提高了热泵的运行效率，使平衡点温度降低至零下9℃。Bertch^[15]等研制出一种双级压缩一级节流的空气源热泵系统，高压级压缩过程的吸气和排气温度可通过中间冷却器来降低，能够使蒸发温度较高时，关闭低压级压缩机，只运行高压级压缩机及高压级循环系统，节省运行能耗，而在蒸发温度较低时，可以通过循环系统降低排气温度。

2.2空气源热泵除霜技术研究

低温环境下，空气源热泵的运行效率还与空气侧换热器翅片表面结霜程度有关。姚杨，姜益强^[16]等利用理想气体状态方程和Clapeyron-Clausius方程推导出了翅片管换热器结霜密度与厚度的变化关系，并在不同工况下进行拟合，为除霜控制方法的改进提供了理论依据。朱佳鹤^[17]等对传统的”温度时间”除霜法进行改进，通过数值模拟做出”空气源热泵分区域结霜图谱”，提高了除霜的效率。唐瑾晨^[18]等基于长江中下游冬季低温高湿的特点，将量纲理论与神经网络大数据结合，针对6种常用制冷剂得出了结霜量计算关联式。王鹏霄^[19]等提出了利用环境空气与室内排风相混合，经除湿处理后，再与室外换热器换热，以抑制结霜的想法。董建锴^[20]等在相变蓄热逆循环除霜研究中发现，压缩机的吸排气压力能够显著提高，并与常规除霜方式相比较，具有耗能小，除霜时间短的优势。宋孟杰^[21]等研究了空气源热泵过冷蓄能除霜系统，并与常规除霜和相变蓄热除霜系统比较得出，过冷蓄热除霜不但可以减少除霜所需时间，提高压缩机的吸气压力，还在一定程度上避免了除霜时用户有吹冷风的感受。Choa等在柜式制冷机中，通过实验比较了热气旁通除霜和压缩机启停除霜，得出热气旁通除霜能改善机组的制冷能力和降低温度波动，但除霜耗能也有所增加。Leek^[22]等在室外换热器表面通过增加水量的方