1 引言

在全球能源结构转型与“双碳”目标推动下，空气源热泵凭借高效节能、环境友好等优势，在住宅供暖与空调领域的应用日益广泛。然而，严寒地区冬季气温低、持续时间长，导致热泵制热效率显著下降、运行稳定性不足，甚至出现压缩机频繁启停与系统保护停机等问题，制约了其在该类区域的推广应用。为实现热泵系统在低温环境下的高效可靠运行，有必要从设备选型、系统配置、控制策略与建筑节能等方面开展综合优化研究。本文旨在分析严寒地区住宅低温空气源热泵空调系统的能效影响因素，提出多维度优化路径，为提升系统运行性能、降低能源消耗与碳排放提供科学依据与工程实践指导。

2 系统能效影响因素分析

2.1 气候条件对热泵性能的影响

    严寒地区冬季气温低且持续时间长，空气源热泵在运行过程中面临着室外侧换热效率下降、制冷剂蒸发温度降低以及压缩比增大等问题。这些因素会直接导致制热能力衰减与能耗增加。此外，高湿度环境下容易出现结霜现象，霜层覆盖在蒸发器表面会显著增加传热热阻，进一步降低系统效率。频繁的除霜过程不仅消耗额外能量，还会造成室内温度波动，影响舒适性。

风向与风速的变化同样会影响室外机的换热效果，强风可能导致空气流动不均匀，形成局部过热或过冷区域。积雪覆盖和冻雨等天气现象会堵塞进风口，减少空气流量，降低系统的热交换能力。因此，在严寒地区应用空气源热泵，必须充分考虑当地气候特征，采取针对性的防护与优化措施，以缓解不利气象条件对系统性能的影响。

2.2 建筑负荷特征与系统匹配性

    建筑负荷是决定热泵系统选型与运行效率的重要依据。严寒地区住宅普遍具有较高的采暖负荷，这与围护结构保温性能、建筑朝向、窗墙比以及室内热需求密切相关。如果系统容量与实际负荷不匹配，将导致运行效率低下，甚至无法满足采暖需求。容量过大容易造成频繁启停，增加能耗与设备损耗；容量过小则可能在极端低温时段持续满负荷运行，无法维持室内设定温度。

    此外，建筑内部热惯性与负荷波动特性也会影响系统运行模式。热惯性较大的建筑在室外温度短时下降时，室内温度变化较为平缓，系统可通过调节运行策略保持稳定输出；而热惯性较小的建筑则对负荷变化更为敏感，需要系统具备更快的响应能力。因此，在设计阶段应准确评估建筑负荷特征，实现热泵系统与建筑的良好匹配，为高效运行奠定基础^[1]。

2.3 设备选型与运行参数影响

    设备选型对严寒地区热泵系统性能具有决定性作用。低温型压缩机、高效换热器以及适用于低环境温度的制冷剂类型，都是保障系统在严寒条件下稳定运行的关键因素。压缩机的压缩比与排气温度直接影响制热效率与可靠性，而换热器的结构设计与表面处理则关系到换热效率与抗结霜能力。

    运行参数的设定同样至关重要。蒸发温度、冷凝温度、风量与水量的调节，不仅影响瞬时能效，还会对设备寿命产生长远影响。在低温环境下，合理提高蒸发温度可降低压缩功消耗，但可能增加结霜风险；适当降低冷凝温度则有助于提高能效，但需确保室内供暖效果不受影响。此外，除霜周期与方式的选择，也是影响系统能效与舒适性的重要环节。综合考虑设备性能与运行参数的相互作用，才能实现系统在严寒条件下的高效可靠运行。

3 能效优化技术与策略

3.1 系统配置与控制策略优化

    系统配置优化是提升严寒地区空气源热泵运行效率的基础环节。在主机选型方面，应优先采用专为低温环境设计的热泵机组，其压缩机与换热器经过优化，能够在更低温度下保持稳定输出。同时，合理配置室内外机组的容量配比，避免因室外机能力衰减导致系统整体性能下降。多联机或模块化系统的应用，可通过灵活调节开启台数，适应不同负荷需求，减少部分负荷运行时的能量浪费。

    控制策略的优化同样关键。采用变转速压缩机与变频风机，可根据负荷变化实时调节输出功率，避免频繁启停带来的能效损失。智能除霜控制通过监测室外机盘管温度与湿度，结合环境温度变化趋势，合理安排除霜时机与时长，减少不必要的热量损失。此外，引入负荷预测算法，根据天气预报与历史数据提前调整系统运行状态，可在气温骤降前预先提升室内温度，增强系统应对极端天气的能力^[2]。

3.2 辅助热源与蓄能技术应用

    在严寒地区，单一热泵系统往往难以满足极端低温条件下的采暖需求，引入辅助热源成为必要措施。辅助热源的类型包括电加热器、燃气壁挂炉或太阳能集热系统等，其启动策略需与热泵运行特性相匹配，在保证舒适性的前提下减少能源消耗。例如，在室外温度过低导致热泵能效显著下降时，自动投入辅助热源，实现两者的高效协同运行。

    蓄能技术的应用可有效平衡负荷波动与能源供应。相变蓄热装置能够在夜间电价低谷时段储存热量，在白天或负荷高峰时释放，降低高峰时段的能源消耗与运行成本。此外，蓄热系统还可在热泵除霜期间维持室内供暖，减少温度波动。对于太阳能资源较丰富的地区，可将太阳能集热系统与热泵相结合，通过蓄热水箱储存太阳能热量，进一步提升系统的综合能效与可再生能源利用率。

3.3 建筑围护结构与系统协同优化

    建筑围护结构的保温性能直接影响采暖负荷大小，与热泵系统运行效率密切相关。提升外墙、屋顶与地面的保温水平，采用高性能门窗系统，可显著降低通过围护结构的热量损失，减少系统运行时间与能耗。同时，合理设计建筑朝向与窗墙比，充分利用太阳辐射得热，可在冬季为室内提供免费热量，缓解热泵负荷压力^[3]。

    系统与建筑的协同优化还体现在气流组织与温度控制方面。通过合理布置室内机位置与送回风方式，可实现温度场的均匀分布，减少局部过冷或过热现象。在设计阶段，应对建筑负荷与系统能力进行精细化匹配，避免因过度设计导致的能源浪费。此外，加强施工质量控制，确保围护结构的气密性与保温层连续性，可有效防止冷风渗透与热桥效应，为热泵系统高效运行创造有利条件。

4 结语

本文围绕严寒地区住宅低温空气源热泵空调系统的能效优化展开研究，从气候适应性、系统匹配性与运行策略等方面提出了综合优化路径。通过设备选型优化、智能控制、辅助热源与蓄能技术的合理配置，以及建筑围护结构的协同改进，可显著提升系统在低温环境下的运行效率与稳定性。研究成果为类似气候区住宅热泵系统的高效应用提供了技术参考与实践指导。

参考文献

[1]张晓玉.空气源热泵系统在严寒地区的应用研究[J].中文科技期刊数据库（文摘版）工程技术,2024(2):0013-0016.

[2]王健,苗玉涛,刘建涛,张潇.低温空气源热泵在寒冷地区选型和安装空间设计及应用[J].制冷,2025,44(2):85-90.

[3]张喜明,王永辑,曹月勇,李向远,王俊莛,尹维亮.超低温空气源热泵严寒地区运行策略优化[J].建筑节能（中英文）,2022,50(7):78-84.