空氣源熱泵式井口防凍設備的核心工作原理是 “從空氣中提取免費熱量，并通過能量轉化與傳遞，為井口區域持續供熱”—— 它并非像電加熱那樣直接消耗電能產熱，而是以少量電能驅動壓縮機，將空氣中的低品位熱能（即使 - 30℃低溫環境中，空氣中仍含有可利用的熱量）轉化為高品位熱能，再通過換熱系統傳遞到井口，維持井筒、井口設備及周圍環境溫度在冰點以上（通常≥2℃），避免結冰影響礦山生產安全。
其工作過程可分為 “熱量提取→能量升級→熱量釋放→介質循環”4 個核心環節 ，同時針對礦區高寒、高濕的特殊環境，增加了 “超低溫適配” 和 “智能控溫” 設計，具體原理如下：
空氣源熱泵的核心是制冷劑循環系統（由蒸發器、壓縮機、冷凝器、節流閥 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 - 液態” 相變，實現熱量的轉移與升級，具體步驟：
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第一步：蒸發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）吸入設備的蒸發器（蒸發器表面有密集的翅片，增大與空氣的接觸面積）。此時，蒸發器內部的低溫低壓液態制冷劑，會與空氣進行熱交換 —— 吸收空氣中的熱量后，制冷劑蒸發為
低溫低壓氣態，而空氣因放熱溫度降低（部分水分可能凝結成霜，后續會通過除霜系統處理）。
關鍵：即使低溫環境，空氣中仍有可利用的熱量，蒸發器的核心作用是 “捕捉” 這些熱量，為后續能量升級做準備。
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第二步：壓縮機對制冷劑能量升級（增壓升溫）
低溫低壓的氣態制冷劑被吸入壓縮機，壓縮機以少量電能為動力（這是設備主要的電能消耗環節），對制冷劑進行
壓縮做功—— 氣態制冷劑被壓縮成 “高溫高壓氣態”（溫度可達 80-120℃），實現 “低品位熱量→高品位熱量” 的升級。
關鍵：這一步是 “能量放大” 的核心，通常 1 份電能可驅動壓縮機從空氣中提取 2-3 份熱量，因此設備的能效比（COP）普遍在 2.5-3.0（即消耗 1 度電，能產生 2.5-3 度電的熱量），遠高于電加熱（COP=1.0）。
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第三步：冷凝器向井口釋放熱量（放熱）
高溫高壓的氣態制冷劑進入冷凝器（與井口供熱系統的換熱介質接觸，如循環水、空氣），通過熱交換將熱量釋放給換熱介質 —— 制冷劑因放熱冷凝成 “高溫高壓液態”，而換熱介質（如循環水）被加熱至 40-60℃。
* 關鍵：冷凝器是 “熱量傳遞到井口” 的橋梁，根據井口防凍需求，換熱介質的熱量會通過兩種方式作用于井口：
- 若為 “井筒盤管加熱”：加熱后的循環水通過預埋在井筒壁的盤管流動，直接為井筒保溫，防止井壁結冰；
- 若為 “井口熱風供暖”：加熱后的循環水通過換熱器加熱空氣，再由風機將熱風輸送到井口平臺、絞車房等區域，維持環境溫度。*
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第四步：節流閥降壓，制冷劑循環復用（節流）
高溫高壓的液態制冷劑經過節流閥（毛細管或電子膨脹閥），壓力驟降為 “低溫低壓液態”，重新流回蒸發器，開始下一輪循環。
關鍵：節流閥的作用是讓制冷劑恢復到初始的低溫低壓狀態，確保循環可持續進行，實現連續供熱。
井口防凍設備需應對 - 30℃以下的高寒環境和高濕空氣，普通空氣源熱泵在低溫下易出現 “制熱量不足、蒸發器結霜堵塞” 問題，因此該設備增加了 3 項核心適配技術：
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噴氣增焓技術：低溫下補熱提效
在壓縮機上增加 “噴氣增焓口”，當環境溫度低于 - 15℃時，系統會將一部分經過中間冷卻的制冷劑（氣態）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。
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智能除霜系統：防止蒸發器結霜影響換熱
礦區空氣濕度高（井下乏風排出后濕度常達 85%+），蒸發器表面易結霜，導致空氣流通受阻、換熱效率下降。設備通過 “溫度 + 濕度雙傳感器” 實時監測蒸發器狀態，當霜層厚度達到閾值時，自動啟動除霜模式：
- 短期結霜：切換制冷劑流向，用高溫高壓的制冷劑直接加熱蒸發器，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，確保除霜后設備立即恢復正常供熱。
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耐腐蝕與防爆設計：適配礦區環境
設備外殼采用 Q235B 防腐鋼材，內部電氣部件（如風機、壓縮機電機）具備 IP54 防護等級，可耐受礦區高濕、粉塵及少量硫化物腐蝕；若用于高瓦斯礦區，部分關鍵部件還會做 Ex d I 級隔爆處理，避免電氣火花引發安全風險。
經過上述循環產生的熱量，最終通過 “針對性的換熱系統” 作用于井口防凍關鍵部位，常見應用形式：
- 井筒防凍：加熱后的循環水通過井筒外壁的螺旋盤管或內置換熱管流動，直接將熱量傳遞給井壁，維持井壁溫度≥5℃，防止井壁結冰脫落（結冰可能堵塞井筒、損壞提升設備）；
- 井口平臺供暖：通過空氣換熱器將熱水熱量轉化為熱風，由風道輸送到井口操作臺、絞車房、信號室等區域，維持環境溫度≥10℃，保障礦工操作安全和設備正常運行；
- 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（與熱泵系統聯動）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備的本質是 “熱量搬運工”—— 以 1 份電能驅動，從空氣中搬運 2-3 份免費熱量，最終實現 3-4 份熱量的供熱效果，既解決了井口防凍的核心需求，又比傳統電加熱節能 50%-60%、比燃煤熱風爐更環保（零排放）。其針對礦區的 “超低溫適配” 和 “精準換熱” 設計，是確保設備在極端環境下穩定運行的關鍵，也是當前 “雙碳” 政策下礦區井口防凍的主流技術方向之一。
