近幾年來，空氣源熱泵備受關(guān)注和市場歡迎。但有幾個因素顯著影響空氣源熱泵的性能：第一，在環(huán)境溫度較低的工況下，空氣源熱泵的性能顯著降低；第二，制熱過程中的結(jié)霜問題嚴重影響能效和可靠性。為解決上述問題，近年許多研究人員和工程技術(shù)人員在空氣源熱泵技術(shù)改進方面投入了大量的精力。

　　1、多級壓縮技術(shù)

　　變頻壓縮技術(shù)是提高空氣源熱泵供熱能力的有效方法之一。在低溫工況下，提高壓縮機轉(zhuǎn)速，可以顯著增加其排氣量，從而提高空氣源熱泵的供熱能力。然而，變頻技術(shù)并不能提高系統(tǒng)能效。為了同時提高供熱能力和低溫下的能效，研發(fā)了多級壓縮技術(shù)。

　　根據(jù)壓縮級數(shù)和循環(huán)結(jié)構(gòu)的不同，多級壓縮空氣源熱泵可分為復(fù)疊循環(huán)和雙/多級壓縮等。特別地，為了提高單級壓縮系統(tǒng)在低環(huán)境溫度下的供熱能力，可以在壓縮過程中直接向壓縮腔噴入制冷劑，這就是所謂的準雙級壓縮。由于準雙級壓縮循環(huán)具備雙級壓縮循環(huán)的特點，故本文將納入雙級壓縮循環(huán)的范圍一并介紹。

　　1、復(fù)疊式空氣源熱泵    

　　由于環(huán)境溫度低，導(dǎo)致系統(tǒng)壓比高，壓縮功大，節(jié)流損失大，最終導(dǎo)致熱泵能效低。為了減少損失、提高效率，復(fù)疊式空氣源熱泵系統(tǒng)采用兩個蒸氣壓縮循環(huán)相串聯(lián)來代替單一的循環(huán)，以減小單級循環(huán)的壓縮比。

　　如下圖所示，復(fù)疊系統(tǒng)由兩個獨立的蒸氣壓縮循環(huán)組成，其一為低溫級循環(huán)，另一個為高溫級循環(huán)。這兩個循環(huán)通過一個共用的中間換熱器相連接，該換熱器同時作為低溫循環(huán)的冷凝器和高溫循環(huán)的蒸發(fā)器運行。冬季，低溫循環(huán)通過蒸發(fā)器從環(huán)境空氣中吸收熱量，并將熱量提升到更高的溫度，作為熱源提供給高溫循環(huán)；在高溫循環(huán)中，熱量再次被提升至室內(nèi)供暖所需的溫度。

　　采用復(fù)疊式空氣源熱泵，循環(huán)的壓比大大降低，減少了總壓縮損失和節(jié)流損失，因而可以提高空氣源熱泵的能效；并且，根據(jù)不同的工況，復(fù)疊式循環(huán)的高、低溫級可采用不同的制冷劑。由于復(fù)疊式系統(tǒng)可采用兩個簡單的單級系統(tǒng)來實現(xiàn)，故已經(jīng)有多年被用于供暖和供應(yīng)熱水的應(yīng)用。然而，復(fù)疊循環(huán)中間換熱器的換熱溫差不可避免地會導(dǎo)致一定的效率損失；并且，復(fù)疊循環(huán)需要使用兩臺壓縮機和一個額外的換熱器，這與單級循環(huán)相比成本更高。

　　2、雙級壓縮空氣源熱泵   

　　雙級壓縮空氣源熱泵將兩個制冷循環(huán)連接在一起，可以看作是復(fù)疊式系統(tǒng)的簡化形式。如下圖所示，根據(jù)所采用經(jīng)濟器的不同，可以將雙級壓縮空氣源熱泵分為兩類：閃蒸罐（FT）系統(tǒng)[5]和中間換熱器（IHX）系統(tǒng)。

　　對于閃蒸罐系統(tǒng)，離開室內(nèi)冷凝器的液體制冷劑被節(jié)流成兩相后進入閃發(fā)罐，兩相制冷劑在閃發(fā)罐中被分離為飽和氣體和飽和液體；飽和氣體制冷劑與低壓級壓縮機的制冷劑排氣混合后，被高壓級壓縮機再次壓縮，飽和液體經(jīng)第二膨脹閥節(jié)流后，進入室外蒸發(fā)器蒸發(fā)為氣體，而后進入低壓級壓縮機，之后與閃發(fā)罐的中壓氣體混合。

　　對于中間換熱器系統(tǒng)，冷凝器出口的液體制冷劑直接分成主流、支流兩路。支流制冷劑被節(jié)流到中壓后進入中間換熱器，低溫制冷劑將主流制冷劑冷卻到過冷狀態(tài)，支流制冷劑吸熱變?yōu)轱柡蜌饣蜻^熱狀態(tài)，并與低壓級壓縮機的排氣混合，之后進入高壓級壓縮機進一步壓縮。中間換熱器主流出口處的過冷制冷劑被節(jié)流后，通過蒸發(fā)器，最終回到低壓級壓縮機，被壓縮至中壓后與支流制冷劑混合。

　　3、準雙級壓縮空氣源熱泵    

　　如下圖所示，準雙級壓縮空氣源熱泵（也稱為補氣系統(tǒng)）與雙級壓縮系統(tǒng)非常相似。不同點在于，準雙級壓縮系統(tǒng)中采用一個帶有中間補氣口的壓縮機代替兩個串聯(lián)壓縮機。在準雙級壓縮中，來自閃發(fā)罐或中間換熱器制冷劑被注入壓縮機的壓縮腔內(nèi)，而非兩臺壓縮機中間。

　　因此，準雙級熱泵可被看作雙級熱泵的簡化形式，采用專門設(shè)計的補氣壓縮機來代替兩臺壓縮機，從而避免了兩臺壓縮機之間的均油難題，同時降低了系統(tǒng)成本。更重要的是，通過關(guān)閉補氣支路上的閥門，準兩級系統(tǒng)可以靈活轉(zhuǎn)換為單級循環(huán)模式，從而在冬、夏季優(yōu)化準雙級熱泵的性能。為此，近年來，準雙級壓縮技術(shù)在低溫熱泵中得到了廣泛的應(yīng)用。

　　2、制冷劑替代

　　目前，R22和R410A是空氣源熱泵系統(tǒng)最常用的制冷劑，其主要替代物為R290、R32、R744、R161以及一些HFC混合制冷劑。然而，除R744外，所有的中低GWP制冷劑都具有一定可燃性，考慮到充注量和其它特殊要求，其應(yīng)用必須符合相關(guān)的安全標準或規(guī)定。

　　就純工質(zhì)替代物而言，R290的運行壓力和容量與R22相近，且能效比高于R22，但由于其易燃性，主要適用于小充注量系統(tǒng)。已有生產(chǎn)商展出了使用R290的分體式空調(diào)器。R32的運行壓力和容量接近R410A，且能效也與R410A相當，甚至略高于R410A。

　　目前，R32適用于市場上各類空調(diào)設(shè)備，多個國家和地區(qū)將其用于分體機，如日本、中國、韓國和歐洲，也有生產(chǎn)商將R32用于其他類型的系統(tǒng)，如多聯(lián)機。R744在供暖和供冷領(lǐng)域的應(yīng)用受到限制，由于其在制冷模式下能效比，尤其是在外溫較高時。然而，R744跨臨界循環(huán)在高溫熱水方面具有顯著優(yōu)勢。

　　除純工質(zhì)外，也有許多空氣源熱泵專用的混合制冷劑，其主要由兩種或多種

　　R32、R125、R134a、R152a、R161、R1234yf、R1234ze、R600a、R1270和R290等純工質(zhì)混合構(gòu)成。某些混合工質(zhì)已被命名為專有編號，如R444B、R446A和R447A等，而其他大量混合工質(zhì)仍在持續(xù)開發(fā)。這些混合工質(zhì)往往具有與R22或R410A相近的運行壓力和容量，GWP在150~1000之間，可燃性多為1級（高GWP工質(zhì)）或2L級（中GWP工質(zhì)）。目前，大部分的混合工質(zhì)還未被量產(chǎn)，相關(guān)的技術(shù)數(shù)據(jù)仍未公開。