空气源热泵空调与节能
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在自然现象中，我们知道热量只能自发地从高温物体传递到低温物体中去，不能自发地沿相反方向进行。然而根据热力学第二定律，如果以机械功为补偿条件，热量可以从低温物体转移到高温物体中去，这种靠补偿或消耗机械功，迫使热量从低温物体流向高温物体的机械装置称为“热泵”。
从低温物体转移高温物体中的热量可以是各种低位能源或建筑物内的各种余热量，使这些热量得以有效利用的方法称为热回收。热回收有直接热回收法和间接热回收法，直接热回收法是从空调系统排风中通过热交换器来回收热量的方法；间接热回收法就是由热泵来实现热量的转移。
在建筑物空调中，热泵空调和各种热回收系统的应用，能回收和有效利用室内外的各种低品位源和余热，是空调节能的有力手段。
热泵的种类有水源热泵和空气源热泵，空气源热泵又有冷热水热泵和冷热风热泵。这里只谈谈空气源热泵。
我们知道每一个采用水冷式冷水机组作为制冷主机的中央空调系统，他的水资源消耗是每个企业的消耗重点。加上全球性的水资源缺乏，要求全球节约用水这个不争的事实摆在我们面前，所以我们应该以积极的态度，在一切适合采用风冷热泵机组的场所，尽量采用风冷热泵式机组作为中央空调的主机，从而达到不仅节约能源，而且节约水源的目的。
一、热泵空调的基本原理
制冷循环和热泵循环均属逆向循环。在逆向循环过程中，工质完成一个循环后，仍回复到原来的状态，因而工质的内能没有变化，即∮du=0。
衡量逆向循环的经济指标是用制冷系数和供热系数（即成绩系数COP）。
∑c=Qo/Wo=To/(Tk-To) (1)
∑H,P=Qk/Wo=TK/(Tk-To)=(Qo+Wo)/Wo=∑c+1 (2)
∑c+H,P=(Qo+Qk)/Wo=(To+Tk)/(Tk+To)=2∑c+1 (3)
式中：∑c，∑H,P（COP），∑c+H,P――制冷系数，供热系数和制冷供热系数；
Qo，Qk――制冷量和供热量（KW）；
W0――消耗的机械功（KW）。
从公式（2）可知：
（1）因为Tk总是大于To，TK总是大于(Tk-To)，所以∑H,P总是大于1。可见，热泵供热具有的经济性;
（2）∑H,P只决定于TK和T0，而且∑H,P随着低温热源和高温热源之间的温差减少而提高，也即，高低温热源间的温差减少，热泵运行所消耗的功量（机械功或电力）越小。因此，热泵的经济性，亦应注意高低温热源的温差；
（3）若同时利用QK和Qo，则更为理想。即将QK传给高温热源作为供热用，同时又利用Qo的情况制冷，或者用同一台热泵，在冬季从周围自然环境（如大气或水）中提取热量，用于建筑物的空调供热。
由此可见，热泵虽然消耗机械功或电能，但它运行时，不是直接将机械功（或电能）转变为热能来利用，而是借助于消耗机械功从大气等热能或室内余热连同热泵本身所消耗的机械功一起，对温度为TK的热源供热，从而有效地把难以直接应用的低品位热能利用起来，达到节能的目的。所以，热泵是一种充分利用低品位能的高效节能装置。
工程上，实际热泵的供热系数约在3～6之间，约为逆卡诺循环供热系数的50～60%左右。所获得的热量相当于所消耗功率的2～5倍。
二、空气热源热泵
1空气热源热泵就是以空气作为热源的热泵，与非热泵空调相比
优点：
1）取之不尽。使用方便，对设备无害；
2）节约占用的建筑面积，节省了建机房的投资；
3）免去了冷却水塔、冷却水泵及连接的管道系统；
缺点：
1）供暖季节中，耗热量最大时即是室外空气温度最低时，而∑HP为最小，热泵出力往往不足，需要一定的辅助加热器，寒冷地区更为突出；
2）空气放热系数低，为了减少换热器传热面积，通常降低蒸发温度，故空气热源热泵的实际供热系数不超过2．5～3；
3）天寒地带（零度以下），室外相对湿度高的时候，室外侧换热器易结霜，降低传热效率；需有除霜设施，且除霜时要停止向室内供暖；
4）空气的热容量小，为获得足够的热量，需有较大的风量，风机容量大。
2空气热源热泵的四通转换阀的工作原理
四通转换阀是供热――制冷热泵的一个重要部件，其作用是改变压缩机吸、排气两侧的制冷剂流向以便使冷凝器和蒸发器对换使用。转换阀借助一个电磁阀进行工作；电磁阀由室温控制开关或除霜控制开关来操纵，仅起先导阀的作用。
空气热源热泵所用压缩机，常用往复式或螺杆式。这与离心式制冷机相比，可以有高的压缩比，特别在室外气温低时，热泵压缩比增加，且不会发生喘振。特别对大容量（100―1000kw）的空气热源热泵，主要采用螺杆式制冷机，冬季用来供热，夏季用来供冷。通过冷剂的转换实际夏、冬季相反的循环。空气―空气式热泵结构简单，不易蓄热，高峰负荷时宜设辅助热源。由于蒸发器的表面温度可达零度以下，空气通过时表面结霜，将降低热交换效率，故需蒸发器除霜。除霜方法常用：（a）热气旁通法，在除霜时，把压缩机的高压排气旁通进入蒸发器，现有柜式空气热泵机组大多数采用这种方法；（b）电加热法，除霜时，停止压缩机运行，接通蒸发器下面的电加热器，送出热空气进行除霜。（c）热源喷淋法，从水加热器引出热水，根据发出的结霜信号（如蒸发器压力的下降），打开电磁阀，向蒸发器表面喷淋热水除霜。
大型空气―水热源热泵，在高层建筑中常用来蓄热，用于冬季供暖。有蓄热池的空气－水热源热泵系统，从蓄热池送出的水经热泵冷凝器加热后储存在蓄热池中，补充高峰时供暖量的不足。利用夜间电费便宜时运行热泵蓄热是一种节能的有效方法。
目前螺杆式空气热源热泵容量可达85～1000KW，近年来，随着用板式热交换器，在螺杆式空气热源热泵机组中广泛应用，使得它更有推广价值。
由于采用了板式热交换器后，与壳管式热交换器相比，它的优点：
1高性能及经济的运行
板式换热器有更高效的热交换性能。高性能的蒸发器和压缩机应用于制冷循环中。由于能采用独特设计可使热交换器在速度特别低时仍保持紊流状态，从而使其结垢的可能大大降低，高效的热交换率可维持较长时间。因此，该热交换器提供了更高效的制冷率和省电的经济制冷过程。
2体积小、制冷剂少
由于结构简单，板式换热器所需的维修空间大大减少，机组的重量和安装所需空间大约为壳管式热交换器机组的60％～80％。并且由于与介质保持动态热交换，所需制冷剂量仅为壳管式热交换器机组的50％左右。
3耐腐蚀，难结垢，可靠性高
板式换热器一般均用不锈钢薄板压制成人字形传热板片，因而具有较强的耐酸碱的能力。水的污染粒子是结垢的主要原因，板式换热器内部发生的高速湍流和光滑的内表面能避免污染粒子停留在表面并结垢。这样制冷用板式换热器，就能经久耐用，可靠性高。
4避免低冻结现象发生
因板式换热器具有更高的热交换器，蒸发温度可以接近冷冻水的温度，较壳管式热交换器能维持更高的蒸发温度，可以避免冷冻水温度过低，减少冷冻水出口冻结现象的风险，加上采用多种冻结保护控制保证了稳定可靠的运行。
在当前能源紧张的情况下，随着风冷热泵空调技术的提高和完善，应积极推广其使用，从而达到节约能源和水源的目的。
（作者单位：湖北经茂工程造价咨询有限公司、湖北省政府国资委）