热泵技术作为一种清洁、高效、可再生的能源技术，逐渐成为人们关注的焦点。

传统供暖采用燃煤不仅会污染居住环境，同时也是大气污染的主要因素之一。相比传统供暖设备，空气源热泵在环保指数、安全性、能效、运行费用方面表现优，是清洁供暖的最佳方式。我国空气源热泵按制热划分为冬暖夏热、冬冷夏热、寒冷、严寒和温和五个区，机组需针对不同地区，进行适配开发和优化。

热泵机组需针对不同地区进行适配开发和优化，智慧节能技术在采暖系统中有哪些应用呢？

热泵的四大典型应用

热泵具有节能、环保、高效等特点，可用于制冷、供暖、供热水、烘干等多项功能，应用领域广泛。在建筑领域，热泵可为建筑供暖、供冷、除湿和提供热水；在农业领域，热泵可用于干燥工艺，实现农业环境调控，改善农村经济结构；在工业生产方面，高温热泵系统可被应用于石油化工、纸浆加工、陶瓷工业、印刷业等大多数工业生产中。此外，热泵海水淡化技术也取得了技术突破，采用机械压缩式热泵海水淡化，可直接将海水加热到80“C以上，与现有膜法海水淡化技术相比，可节约能源约40%，成本降低约50%，且不会造成环境污染。

全球范围来看，热泵目前更多运用于住宅和商业建筑的空调，除了传统的建筑领域，高温热泵和余热回收正在帮助工业部门脱碳，而且它们的作用正在大大增加。热泵正在被确定为工业脱碳的关键技术。国际能源署已确定，到 2050 年，热泵将占轻工业热需求的 30%，这相当于在未来 30 年内每月推出 500 兆瓦的热泵。

中国节能协会热泵专业委员会在《热泵助力碳中和白皮书（2021）》中列举了热泵在工业中具有较大发展潜力的典型应用：

1、高温工业热泵

能够提供高达150℃的热媒介质，是未来热泵技术研究的重要方向之一，技术突破将导致的性能和可靠性的大幅提升。

2、余热回收

利用中高温热泵技术，不但可减少对环境的热污染，又可把低温余热提高到可直接利用的温度，提高能源的利用率，降低二氧化碳排放。

3、工业干燥

热泵干燥系统有高效节能、干燥过程参数易控制、干燥时间短、无废气排放、环境友好等特点。

4、冷热联供系统

针对既需要制冷冷藏，又需要制备热水的工业场景，可采用冷热联供技术，避免能量的浪费。

行业四大节能技术研究

近年来，空气源热泵在严寒区域应用增加，热泵零售市场正在往东北、西北等严寒地区加快推广。如何做到低温下制热量衰减少、长期运行节能是行业需要长期研究的课题。

在采暖应用中，空气源热泵行业努力在寻求节能的解决方案，提升机组能力、系统运行能效的技术方向主要有：喷气增焓技术研究，换热器设计研究，化霜控制技术研究，控制自适应寻优研究等。喷气增焓技术研究：压缩机预热(低温启动)，喷气、喷液增焓，准二级压缩系统设计等系统设计研究和控制策略，提高低温制热量及能效。

换热器设计研究：通过仿真技术和实验的方法，研究多种形式的翅片流路设计，提高换热效率，得出最适合热泵使用的流路设计方案。

化霜控制技术研究：图谱除霜，利用传感器检测换热器表面霜层厚度，反馈化霜;智能除霜，通过环翅差、管温、化霜换热衰减比，控制除霜。控制自适应寻优研究：压缩机、风机核心器件高效运行寻优控制;系统参数自动控制寻优，结合工况和系统参数，调节系统负载，提升系统效率。

热泵系统节能降耗的三大因素

一套热泵系统的耗电量与三个因素密切相关：产品硬实力+控制软实力+工程应用场景。

硬件配置：整机配置决定了机组能效比上限，尤其是压缩机、两器。压缩机决定的系统的基本能效，需选用热泵专用的高效压缩机;两器的大小影响机组运行的高低压和换热效率，压差越小能效比越高，机组运行越节能。

控制策略：压缩机频率，根据水温进行PID预判控制，结合工况与压缩机高效区间;变频风机搭配高效风叶，按优的“收益/投入”比运行;喷焓控制，精准寻找控制目标，使系统运行达到最优能效。

工程节能：末端设计，国内户用热泵采暖场景中，“煤改电”的居多，由于燃煤锅炉水温高，原搭配末端对于热泵而言是偏小的，需要合理增加末端数量;维护结构，农村单层民房普遍存在保温差的情况，热量损失大，机组需输出热量增多，做好保温也是关键的节能措施之一。

热泵采暖系统节能降耗的两大手段

1.机组配置优选

机组配置：关键元器件是能效高低的基;采用高效制冷剂：采用新型环保冷媒R32，整体能效提升约5%;增焓系统设计：采用板换经济器增焓系统，控制精准，低温制热效果好;核心配置：搭载热泵专用喷气增焓压缩机，实现-35℃稳定制热;直流电机搭配高效风叶，同转速风量提升13%;高效换热器：采用高效换热器，分路均匀，换热温差小，系统能效明显提升。

2.智能控制策略

精准快速的控制策略才能保证系统硬件发挥最佳的效果，空气源热泵智慧节能采暖技术包括直流变频技术、低温增焓强热技术、高效寻优控制技术、智能除霜技术和大数据节能技术。

1)增焓控制策略

环境温度越低，系统制冷剂质量流量越小，从而导致喷焓流路“取液”难度越大，增焓控制有两个关键因素：合理选型主阀/辅阀，是保证增焓效果的前提。多目标参数分级控制，过冷度、排气过热度、增焓过热度等系统参数共同控制;A-20W50工况，膨胀阀组合B，使用多目标分级控制，制热量和COP均有良好提升。

2)压缩机控制策略

变频机组通过负荷自适应，实现负荷跟踪和节能的目的，但是在压缩机控制策略上，要根据实际情况，避开低效运行区间，控制在高效区长时间运行，不能盲目追求低负荷输出。

压缩机单体存在高效率区间;不同负荷下，压缩机高效区间是存在差异的，根据实测数据，工况A的高效区间在50——60Hz，工况B的高效区间在60——70Hz ;水机降频后，压比变化较小，最低频运行能效表现不佳，与氟机不同。

3)节能模式控制

节能模式水温控制，初目标水温根据环境温度自动设定，同时为了保证室内舒适性，水温自动计算调节。

今年2月份经过现场(西北地区某工程)测试对比，节能模式下可降低能耗12.9%，室内舒适性良好;根据大数据分析，环温相同的情况下，每降低1℃水温，能效提升约2%，对于采暖过渡季节，节能模式效果更加明显;由于热泵是“氟-水-空气”二次换热，过度提高水温，对采暖效果提升收益较小，反而整个系统能耗增大。

4)智能除霜控制

综合判断除霜条件，结合环境温度、翅片管温和变化速率，制热运行时间，综合判断除霜进入条件，实现有霜化霜、无霜不化。

除霜自学习控制：统计各工况下除霜的基准时间和能力衰减与上一次除霜数据进行对比;自动判断识别，当前结霜状态，调整下一次除霜参数。

案例：内蒙古赤峰市某工程采暖季节6个月，冬季最低温度-30℃， 100㎡单层民房，“煤改电”项目，搭配暖气片末端。以10天为数据统计周期，得出以下除霜数据(见右下图)。

5)智能水泵控制

空气源热泵采暖工程，水泵耗能约占总耗能的5——30%，在过渡季节，水泵能耗占比凸显。

定频水泵：合理选型水泵，避免水泵能耗过高;待机期间，水泵间歇运行，保证舒适性的同时，适当降低水泵功率。

变频水泵：按照合理的水换热器温差，调节水泵输出;结合冷凝压力调节水泵输出，适配压缩机效率区间。

全场景实时数据采集，实时监控机组的运行参数、历史数据导出;后台实时分析采集的数据，针对不同工程，定制运行策略，使机组保持最节能的运行状态;后台监控，根据机组数据分析，智能判断机组情况，同时可以针对个例问题进行OTA程序优化，故障排查和优化节能。

案例

案例1：甘肃省某工程若干台机组存在频繁待机/启动问题的问题，机组可能存在水容量小，或者选型偏大问题。

现场排查：该片区若干用户未安装缓冲水箱，售后进行了补充;程序OTA优化：优化压缩机频率和待机-启动控制参数，机组运行稳定。

案例2：内蒙古某工程若干台机组存在除霜期间时间长、翅片管温上升慢，而且制热期间水温差衰减小。

现场排查：该片区安装位置季风大，除霜时季风干扰导致除霜时间长;冬季较干燥，结霜层薄;现场对安装位置进行调整，避免季风影响。程序OTA优化：优化除霜自学习参数，定制运行策略，解决用户问题。