空氣源熱泵式井口防凍設(shè)備的核心工作原理是 “從空氣中提取免費熱量，并通過能量轉(zhuǎn)化與傳遞，為井口區(qū)域持續(xù)供熱”—— 它并非像電加熱那樣直接消耗電能產(chǎn)熱，而是以少量電能驅(qū)動壓縮機，將空氣中的低品位熱能（即使 - 30℃低溫環(huán)境中，空氣中仍含有可利用的熱量）轉(zhuǎn)化為高品位熱能，再通過換熱系統(tǒng)傳遞到井口，維持井筒、井口設(shè)備及周圍環(huán)境溫度在冰點以上（通常≥2℃），避免結(jié)冰影響礦山生產(chǎn)安全。
其工作過程可分為 “熱量提取→能量升級→熱量釋放→介質(zhì)循環(huán)”4 個核心環(huán)節(jié) ，同時針對礦區(qū)高寒、高濕的特殊環(huán)境，增加了 “超低溫適配” 和 “智能控溫” 設(shè)計，具體原理如下：
空氣源熱泵的核心是制冷劑循環(huán)系統(tǒng)（由蒸發(fā)器、壓縮機、冷凝器、節(jié)流閥 4 大部件組成），通過制冷劑（如 R410A、R32 等低溫適配型制冷劑）的 “氣態(tài) - 液態(tài)” 相變，實現(xiàn)熱量的轉(zhuǎn)移與升級，具體步驟：
-
第一步：蒸發(fā)器提取空氣中的熱量（吸熱）
風機將外界空氣（即使 - 35℃低溫空氣）吸入設(shè)備的蒸發(fā)器（蒸發(fā)器表面有密集的翅片，增大與空氣的接觸面積）。此時，蒸發(fā)器內(nèi)部的低溫低壓液態(tài)制冷劑，會與空氣進行熱交換 —— 吸收空氣中的熱量后，制冷劑蒸發(fā)為
低溫低壓氣態(tài)，而空氣因放熱溫度降低（部分水分可能凝結(jié)成霜，后續(xù)會通過除霜系統(tǒng)處理）。
關(guān)鍵：即使低溫環(huán)境，空氣中仍有可利用的熱量，蒸發(fā)器的核心作用是 “捕捉” 這些熱量，為后續(xù)能量升級做準備。
-
第二步：壓縮機對制冷劑能量升級（增壓升溫）
低溫低壓的氣態(tài)制冷劑被吸入壓縮機，壓縮機以少量電能為動力（這是設(shè)備主要的電能消耗環(huán)節(jié)），對制冷劑進行
壓縮做功—— 氣態(tài)制冷劑被壓縮成 “高溫高壓氣態(tài)”（溫度可達 80-120℃），實現(xiàn) “低品位熱量→高品位熱量” 的升級。
關(guān)鍵：這一步是 “能量放大” 的核心，通常 1 份電能可驅(qū)動壓縮機從空氣中提取 2-3 份熱量，因此設(shè)備的能效比（COP）普遍在 2.5-3.0（即消耗 1 度電，能產(chǎn)生 2.5-3 度電的熱量），遠高于電加熱（COP=1.0）。
-
第三步：冷凝器向井口釋放熱量（放熱）
高溫高壓的氣態(tài)制冷劑進入冷凝器（與井口供熱系統(tǒng)的換熱介質(zhì)接觸，如循環(huán)水、空氣），通過熱交換將熱量釋放給換熱介質(zhì) —— 制冷劑因放熱冷凝成 “高溫高壓液態(tài)”，而換熱介質(zhì)（如循環(huán)水）被加熱至 40-60℃。
* 關(guān)鍵：冷凝器是 “熱量傳遞到井口” 的橋梁，根據(jù)井口防凍需求，換熱介質(zhì)的熱量會通過兩種方式作用于井口：
- 若為 “井筒盤管加熱”：加熱后的循環(huán)水通過預(yù)埋在井筒壁的盤管流動，直接為井筒保溫，防止井壁結(jié)冰；
- 若為 “井口熱風供暖”：加熱后的循環(huán)水通過換熱器加熱空氣，再由風機將熱風輸送到井口平臺、絞車房等區(qū)域，維持環(huán)境溫度。*
-
第四步：節(jié)流閥降壓，制冷劑循環(huán)復(fù)用（節(jié)流）
高溫高壓的液態(tài)制冷劑經(jīng)過節(jié)流閥（毛細管或電子膨脹閥），壓力驟降為 “低溫低壓液態(tài)”，重新流回蒸發(fā)器，開始下一輪循環(huán)。
關(guān)鍵：節(jié)流閥的作用是讓制冷劑恢復(fù)到初始的低溫低壓狀態(tài)，確保循環(huán)可持續(xù)進行，實現(xiàn)連續(xù)供熱。
井口防凍設(shè)備需應(yīng)對 - 30℃以下的高寒環(huán)境和高濕空氣，普通空氣源熱泵在低溫下易出現(xiàn) “制熱量不足、蒸發(fā)器結(jié)霜堵塞” 問題，因此該設(shè)備增加了 3 項核心適配技術(shù)：
-
噴氣增焓技術(shù)：低溫下補熱提效
在壓縮機上增加 “噴氣增焓口”，當環(huán)境溫度低于 - 15℃時，系統(tǒng)會將一部分經(jīng)過中間冷卻的制冷劑（氣態(tài)）噴入壓縮機，補充壓縮過程中的熱量損失，同時提高壓縮機的排氣溫度和制熱量 —— 可使設(shè)備在 - 35℃時仍能保持 80% 以上的額定制熱量，避免低溫下供熱不足。
-
智能除霜系統(tǒng)：防止蒸發(fā)器結(jié)霜影響換熱
礦區(qū)空氣濕度高（井下乏風排出后濕度常達 85%+），蒸發(fā)器表面易結(jié)霜，導(dǎo)致空氣流通受阻、換熱效率下降。設(shè)備通過 “溫度 + 濕度雙傳感器” 實時監(jiān)測蒸發(fā)器狀態(tài)，當霜層厚度達到閾值時，自動啟動除霜模式：
- 短期結(jié)霜：切換制冷劑流向，用高溫高壓的制冷劑直接加熱蒸發(fā)器，快速融霜（10-15 分鐘完成）；
- 長期嚴寒：啟動電輔熱（僅在除霜時短暫使用，避免能耗過高），輔助融霜，確保除霜后設(shè)備立即恢復(fù)正常供熱。
-
耐腐蝕與防爆設(shè)計：適配礦區(qū)環(huán)境
設(shè)備外殼采用 Q235B 防腐鋼材，內(nèi)部電氣部件（如風機、壓縮機電機）具備 IP54 防護等級，可耐受礦區(qū)高濕、粉塵及少量硫化物腐蝕；若用于高瓦斯礦區(qū)，部分關(guān)鍵部件還會做 Ex d I 級隔爆處理，避免電氣火花引發(fā)安全風險。
經(jīng)過上述循環(huán)產(chǎn)生的熱量，最終通過 “針對性的換熱系統(tǒng)” 作用于井口防凍關(guān)鍵部位，常見應(yīng)用形式：
- 井筒防凍：加熱后的循環(huán)水通過井筒外壁的螺旋盤管或內(nèi)置換熱管流動，直接將熱量傳遞給井壁，維持井壁溫度≥5℃，防止井壁結(jié)冰脫落（結(jié)冰可能堵塞井筒、損壞提升設(shè)備）；
- 井口平臺供暖：通過空氣換熱器將熱水熱量轉(zhuǎn)化為熱風，由風道輸送到井口操作臺、絞車房、信號室等區(qū)域，維持環(huán)境溫度≥10℃，保障礦工操作安全和設(shè)備正常運行；
- 井口管道伴熱：針對井口的供水管、液壓管等易凍管道，采用伴熱電纜（與熱泵系統(tǒng)聯(lián)動）或纏繞式換熱帶，將管道溫度維持在 2℃以上，防止管道凍裂。
空氣源熱泵式井口防凍設(shè)備的本質(zhì)是 “熱量搬運工”—— 以 1 份電能驅(qū)動，從空氣中搬運 2-3 份免費熱量，最終實現(xiàn) 3-4 份熱量的供熱效果，既解決了井口防凍的核心需求，又比傳統(tǒng)電加熱節(jié)能 50%-60%、比燃煤熱風爐更環(huán)保（零排放）。其針對礦區(qū)的 “超低溫適配” 和 “精準換熱” 設(shè)計，是確保設(shè)備在極端環(huán)境下穩(wěn)定運行的關(guān)鍵，也是當前 “雙碳” 政策下礦區(qū)井口防凍的主流技術(shù)方向之一。
