突破50℃极限！北方供暖改造必看：复叠式空气能VS双级热泵技术大PK

喷气增焓技术虽然在一定程度上提升了传统空气源热泵的低温性能，但其温度提升能力仍然有限。从热力学原理来看，单级压缩热泵系统的压缩比存在理论上限，当环境温度较低而要求出水温度较高时，压缩比会急剧增大，导致压缩机效率下降、能耗增加，甚至引发系统保护停机。

在实际工程中，喷气增焓型热泵在-15℃环境下，出水温度通常只能达到45-50℃，远远无法满足60℃以上的高温需求。这种局限性主要源于制冷剂物性、压缩机承压能力和系统能效比的综合制约。当要求出水温度超过50℃时，系统的COP值往往会下降到2.0以下，经济性大幅降低。

复叠式空气源热泵系统采用了两级独立的制冷循环，通过中间换热器实现热量的梯级利用。这种设计巧妙地解决了单级系统温度提升受限的问题。

系统由高温环路和低温环路组成，其中低温环路负责从环境中吸收热量，将热量传递给中间换热器；高温环路则从中间换热器获取热量，进一步升温后输出高温热水。这种结构使得每个环路都在较为理想的工况下运行，避免了过大的压缩比，保证了系统的高效稳定运行。

复叠式双级高温空气源热泵机组能实现在环境温度为-30℃～40℃范围内对冷热的要求，温度适用范围宽，工作性能稳定，控制调节简单方便。更重要的是，这种系统能够随环境温度的变化，使系统COP值趋于较大值，系统总是朝着最有利于节能的趋势工作。

在技术参数方面，复叠式系统通常能够实现65-75℃的出水温度，在-20℃环境下的COP值可达1.5-2.0，能实现环境与出水的较大温差。系统采用环保工质组合，如低温级使用R407C或R410A，高温级使用R134a或R245fa，既保证了环境友好性，又确保了系统的高效运行。

另一种有效的解决方案是采用一级空气源热泵加二级水源热泵的双级系统。这种系统充分利用了不同热源的特点，实现了能量的梯级利用和高效率转化。

在该系统中，一级空气源热泵作为预加热装置，将水温从常温提升到20-40℃；二级水源热泵则以一级系统的出水作为热源，进一步将水温提升至60℃以上。高温水源热泵是一种通过利用热水作为能源的设备，它可以从低温的热水源中吸收热能，然后通过热泵的工作原理将热能转移并提供给我们所需的热水或供暖系统。

这种系统的优势在于充分发挥了空气源热泵和水源热泵各自的优势。空气源热泵能够从环境中获取大量低品位热量，出水温度较低，压比适中，运行工况适宜。而水源热泵在相对稳定的热源条件下能够实现更高的出水温度和更好的能效表现。两者结合既解决了空气源热泵出水温度受限的问题，又避免了单纯水源热泵受水源条件限制的不足。但该系统增加了水泵循环系统，无疑增加了部分运行能耗。

从控制策略来看，双级系统可以采用智能调节方式，根据室外温度变化和用户负荷需求，动态调整两级系统的工作状态，甚至可以在供暖初期、末期供热系统负荷较低时采用空气源热泵直接供热，保持较低的负荷和运行温度；在单级已无法满足室内温度要求时启动双级运行。设备始终保持在最优运行区间。这种智能控制不仅保证了供水温度的稳定性，还最大限度地提高了系统整体能效。

从投资成本角度分析，复叠式系统的初始投资相对较高，主要是由于其需要两套完整的压缩机和换热系统。而双级系统的投资成本则介于传统单级系统和复叠系统之间，具体取决于空气源热泵、水源热泵的选型和系统配置。

运行成本方面，两种系统都表现出显著的优势。复叠式系统在低温环境下仍能保持较高的COP值，复叠热泵系统能耗为100–250kWh/年㎡，双级系统则通过合理的能量梯级利用，实现了运行成本的有效控制。

以典型的10万平方米住宅小区供暖改造项目为例，复叠式系统的初投资约为550-650万元，年运行费用约80-100万元；双级系统的初投资约为500-580万元，年运行费用约185-290万元。

（运行能耗、投资根据项目不同，差异较大，别杠）

维护成本也是需要考虑的重要因素。复叠式系统由于结构相对复杂，维护要求稍高；而双级系统则将维护工作量分散到两个相对独立的子系统，便于分期维护和故障排查。

案例一：北方某城市小区供暖改造项目

该项目为建筑面积8万平方米的老旧小区供暖改造，采用复叠式空气源热泵系统替代原有燃煤锅炉。系统配置2台大型复叠式热泵机组，单台制热量为600kW，设计供水温度65℃，回水温度45℃。

实际运行数据显示，在最冷月平均气温-12℃的条件下，系统平均COP达到2.2，最高出水温度68℃，完全满足采暖需求。每年减少二氧化碳排放约1200吨。

案例二：商业建筑供暖项目

某商业综合体采用一级空气源+二级水源热泵双级系统，总供暖面积12万平方米。一级系统由多台空气源热泵组成，将水温提升至35℃；二级系统采用高温水源热泵，将水温进一步提升至62℃。

系统创新性地利用了建筑内区的余热作为二级热泵的热源，进一步提高了系统能效。运行数据显示，系统年平均COP达到2.5，投资回收期5.2年，取得了显著的经济效益和环境效益。

在选择合适的技术方案时，需要综合考虑多个因素。对于供暖面积较小、供水温度要求较高（大于65℃）的项目，复叠式系统可能是更好的选择。其技术成熟度高，运行稳定，能够满足较为苛刻的供暖需求。

对于供暖面积较大，有稳定低品位热源可利用的项目，如具备地下水、地热或工业余热或者具备安装大面积光热太阳能等条件，双级系统往往能够发挥更好的效益。这种系统特别适合既有建筑节能改造和区域能源站建设项目。

在实施过程中，要特别注意系统设计的优化。包括合理的设备选型、系统配置、控制策略设计等。同时，还要充分考虑系统的可维护性，预留必要的检修空间和监测接口。

随着碳中和目标的推进和能源结构的转型，高温热泵技术将迎来更广阔的发展空间。未来发展趋势包括工质创新、系统优化和智能控制等多个方面。

新型环保工质如R513A等的研发应用，将进一步提高系统的温度提升能力和环境友好性。系统集成技术的进步将使热泵系统与太阳能、地热能等可再生能源更好地结合，形成多能互补的综合能源系统。

智能控制技术的发展将实现热泵系统的自适应优化运行，通过大数据分析和人工智能算法，系统能够根据天气预测、电价波动和用户需求变化，自动调整运行策略，实现能效最大化。

供暖改造项目中的高温热源技术选择是一个复杂的系统工程问题，需要综合考虑技术可行性、经济合理性和运行可靠性等多方面因素。复叠式空气源热泵和双级系统各具特色，为不同的应用场景提供了有效的解决方案。

作为工程技术人员，我们应该深入理解各种技术的工作原理和特点，结合实际项目需求，做出科学合理的技术选型。同时，还要密切关注技术发展动态，不断创新优化，推动供暖行业向更加高效、环保的方向发展。

通过本文的分析可以看出，无论是复叠式系统还是双级系统，都能够有效突破传统热泵的温度限制，满足高温供暖需求。随着技术的不断进步和成本的进一步降低，这些高效的热泵技术必将在未来的供暖改造项目中发挥越来越重要的作用。