空氣源熱泵機組（簡稱“熱泵機組”）自二十世紀四十年代發(fā)明至今，其技術已日臻完善，已廣泛應用于辦公樓、賓館、娛樂業(yè)、廠房、住宅等各行各業(yè)不同規(guī)模工程中，市場占有率一直較高，究其原因，皆因其有如下優(yōu)點：熱泵機組夏季供冷，冬季供熱，不需另設鍋爐房；主機安裝在屋頂，可省去冷凍機房土建投資及冷卻系統(tǒng)投資；COP值較高，自動化程度高。
一、熱泵機組類型及其特點：
1．渦旋式壓縮機熱泵機組：
渦旋式壓縮機為容積式壓縮機，具有運轉平穩(wěn)、振動小、噪音低等優(yōu)點，常用的空氣-空氣熱泵機組，適用于中、小型工程。
2．活塞式壓縮機熱泵機組：
活塞式壓縮機為容積式壓縮機，結構復雜、轉速低、振動大、噪音大、單機容量較小，多機頭組合可拼裝成100萬大卡/時左右熱泵機組，COP=3.0～3.5；
3.螺桿式壓縮機熱泵機組：
螺桿式壓縮機也為容積式壓縮機，結構簡單、運轉平穩(wěn)、振動小、噪音低、壽命長，COP=3.5～4.5,適用于中、小型工程，多機頭熱泵機組可用于較大工程。單螺桿為平衡式單向運轉，磨損小，無軸向推力，其排氣效率比雙螺桿略低。
二、熱泵機組設計：
1．選用原則：
熱泵機組有優(yōu)點也有缺點，與同容量單冷冷水機組相比，其用電量大，造價高，冬季隨室外氣溫下降制熱量衰減嚴重、結霜嚴重等，因此，①當某工程有蒸汽源時，空調冷熱源應盡量采用“單冷冷水機組加熱交換器”方案。無錫市正在形成城市蒸汽熱力網(wǎng)，我們應優(yōu)先采用以上方案。②本人認為醫(yī)院、賓館等對冬季采暖溫度要求較高的工程不適宜采用熱泵機組，辦公樓、飯店等工程則較適宜，因為它們一般白天使用，熱泵機組制熱量衰減小，就算采暖效果差些，室內(nèi)人員可多穿衣服，影響小些。
2．選型方法：
盡管江南地區(qū)一般工程冷負荷大于熱負荷，但空調設計人員應計算出工程夏季冷負荷及冬季熱負荷，按機組制冷量≥空調冷負荷來選擇熱泵機組型號，然后看以下不等式是否成立：熱泵機組在冬季室外空調計算溫度（如：無錫地區(qū)為-5℃）下的制熱量≥工程冬季熱負荷。①若該不等式成立，則熱泵機組選型適宜。②若該不等式不成立，則應在空調水管上設輔助加熱裝置或增大熱泵機組容量。江南地區(qū)一般工程以上不等式是成立的。
3.活塞式及螺桿式熱泵機組若干性能比較：
許多廠家銷售人員出于商業(yè)利益，往往片面甚至惡意中傷某品牌或活塞、螺桿式熱泵機組，我們設計人員不能被一葉障目，要認真細致地了解各類機型性能，作出正確的選型判斷。 ①燒壓縮機問題：原因之一是蒸發(fā)器選型不對所致，例如，活塞式或螺桿式熱泵機組（采
用F-22制冷劑）選用滿液式蒸發(fā)器時因回油困難就易燒壓縮機；原因之二是潤滑系統(tǒng)有雜質致使?jié)櫥团K或壓縮機吸氣過濾網(wǎng)因雜質堵塞而被吸破致使雜質吸入壓縮機等，雜質易損壞電機絕緣層；原因之三是過熱保護、過壓保護、短路保護等失靈所致；
②液擊問題：其實液擊對活塞式及螺桿式壓縮機都是不利的，兩者壓縮效率都要降低；
③壓縮機效率的控制問題：活塞式及螺桿式熱泵機組制冷（熱）量由其容量調節(jié)電磁閥調節(jié)，活塞式壓縮機部分負荷時可減少運行氣缸數(shù)來調節(jié)，螺桿式壓縮機則靠滑閥調節(jié)。在部分負荷時，兩者軸功率均降低，運行COP值差不多［1］；
④潤滑油問題：活塞式及螺桿式壓縮機在夏冬季均需對潤滑油加熱，使?jié)櫥椭兄评鋭?br>揮發(fā)出來，保證壓縮機正常潤滑；
⑤維護保養(yǎng)問題：活塞式壓縮機零部件約268個，易損件多，1000小時需中修，維修量大；而螺桿式壓縮機零部件約26個，易損件少，無故障運轉時間長。在正常運行下，若干年后只要更換潤滑油、過濾器、軸承等；
⑥噪音問題：螺桿式熱泵機組主要噪音源是風機，機組一般噪音在80dB(A)左右，因此機組應選用低噪音、轉速低、振動小（經(jīng)動靜平衡測試）的風機產(chǎn)品，如選用德國施樂百公司軸流風機，100RT螺桿式熱泵機組噪音可控制在74dB(A)左右。而活塞式熱泵機組噪音一般在80dB(A)以上。我們要注意噪音的標準測法及測音室與普通環(huán)境下的區(qū)別問題；
⑦我們也要注意廠家樣本上熱泵機組冬季制熱量是在8℃環(huán)境溫度下的值，不是冬季空調計算溫度下之值。
三、熱泵機組設計案例分析：
以下把本人近幾年在設計中遇到的或見到的熱泵機組案例分析于后，與同行們共同探討。
案例Ⅰ：A工程為歷史悠久且具有地方特色的對外營業(yè)飯店，設在屋面上的六臺中央空調熱泵機組型號為YCA90H（制冷量：81KW），水泵型號為SB-X80-65-155K（90T/H；31M；11KW）
。圖一為屋頂熱泵機組管道布置平面圖。
系統(tǒng)運行后，發(fā)現(xiàn)部分熱泵機組啟動不了。本人先對冷凍水泵檢查，發(fā)現(xiàn)水泵運行電流為額定電流的一半，水泵廠承認質量有問題，換葉輪后其參數(shù)基本接近于設計值。系統(tǒng)再次運行后，個別熱泵機組啟動不了的問題依然存在，這說明該問題的根源不是水泵維修前后冷凍水流量大小問題。這時有的設計人員開始懷疑一泵拖六臺熱泵機組方案不行，冷凍水管為異程式也不行，應用泵、熱泵機組一一對應方案。本人始終認為上面兩種方案都可行。后本人發(fā)現(xiàn)個別熱泵機組甚至是出水管上水流開關的調整螺絲調至下限，仍也啟動不了，要用起子硬壓平衡板機組才能開啟。經(jīng)現(xiàn)場反復研究水流開關構造后，終于發(fā)現(xiàn)在水流開關平衡板的另一端有一個很不起眼的小螺絲，它與前面講到的調整螺絲作用力相反，它們一起調整使平衡板調至適當位置，水流開關才能正常工作。故障排除后，系統(tǒng)運行正常至今。
案例Ⅱ：B工程熱泵機組型號同A工程，為五臺，它采用一臺熱泵機組串聯(lián)一臺水泵然后再并聯(lián)形式，系統(tǒng)運行基本正常，只是五路并聯(lián)熱泵機組、水泵出現(xiàn)水流量較大，使熱泵機組出水溫度在10℃以上。
案例Ⅲ：C工程為十八層高層建筑，面積近20000M2，屋頂設三臺698KW活塞式熱泵機組，其平面圖見圖二。圖中屋頂四周為高2.8M鋼筋混凝土女兒墻,虛線部分為正方梯形形狀的鋼架玻璃幕墻,幕墻外圈底邊比屋面高1.80M,內(nèi)圈頂面鏤空，但面積較小。本人發(fā)現(xiàn)這些情況后認為：熱泵機組悶在玻璃罩內(nèi)，必將影響機組夏天冷凝器散熱效果及冬天蒸發(fā)器散冷效果，經(jīng)一段開啟時間后將使熱泵機組冷凝器高壓保護(夏季)及蒸發(fā)器低壓保護(冬季)而停機。因此本人建議把梯形玻璃幕墻罩取消掉，但業(yè)主怕影響立面效果而不同意取消，在此情況下只能把幕墻外圈底邊抬至屋面上2.8M，把幕墻內(nèi)圈頂面適當擴大鏤空面積。
今年夏季該工程三臺熱泵機組運行時其冷凍水出水溫度部分實測數(shù)據(jù)見表一。
表一 熱泵機組夏季某天冷凍水出水溫度
室外干球溫度℃X機組（℃）Y機組(℃）Z機組（℃）
37～38 14～15 8～9 6.8～7
30 15.1 14.1 11.1
從表一可見,Z機組運行正常，Y機組稍欠缺，X機組運行狀況較差。在炎熱的大伏天，當三臺機組同時開啟時，出現(xiàn)X機組自動停機現(xiàn)象，所以業(yè)主一般把X機組作為短時間使用，而大部分時間開機方案為：Y+Z；X+Z；Y或Z，這時機組運行均正常。之所以出現(xiàn)以上情形，本人以為：①機組身處女兒墻加玻璃罩內(nèi)，“穿堂風”較小，大氣不能立即沖散稀釋機組周圍的冷熱環(huán)境；②東南西三進風面雖有進風現(xiàn)象，但并沒有完全形成理想的頂排熱側進新風氣流形式：Y、Z機組正上方為玻璃罩梯形頂面鏤空處（離機組頂高差約7.50M），熱氣可沖出玻璃罩，而X機組緊靠西玻璃墻，其正上方為斜玻璃罩，機組排出熱氣沖向斜玻璃，無法直接排至罩外，相反熱氣反彈向下，朝四周蔓延；③每臺熱泵機組冷凝器排風量達19×104M3/H，當Y、Z機組運行時無回流現(xiàn)象，但當三臺機組全部開啟，冷凝器通風量較大，在X機組兩側有回流現(xiàn)象，使X、Y機組冷凝散熱不暢，蒸發(fā)溫度提高，機組制冷量下降。
解決辦法：在X機組冷凝器排出口上連接風管，使氣流導向玻璃罩外。
案例Ⅳ：無獨有偶，D工程（二十一層）初步設計時二臺698KW活塞式熱泵機組設在主樓屋頂，高大船形玻璃幕墻把熱泵機組包得嚴嚴實實，在精美造形幕墻頂部只有較少的透氣處。設計人員得知C工程情況后，立即將熱泵機組改至寬敞的裙房屋頂。
四、結論：
1、暖通設計人員應針對設計工程具體情況進行綜合經(jīng)濟性能比較，經(jīng)方案優(yōu)化后確定是否采用熱泵系統(tǒng)，有蒸汽或客房、病房大樓宜優(yōu)先采用單冷主機加熱交換系統(tǒng)；
2、暖通設計人員一定要準確計算工程冷熱負荷，確保熱泵機組滿足工程夏冬季負荷需要；
3、螺桿式熱泵機組無論是COP值還是維護費用、振動頻率、噪音等性能均優(yōu)于活塞式熱泵機組；
4、中小型工程采用的小型多臺熱泵機組配一泵制或對應配泵制均可，但多臺泵最好不超過三臺［3］；
5、我們應重視熱泵機組運行環(huán)境，在滿足熱泵機組運行環(huán)境的前提下才能答應建筑師們對建筑的美觀要求。