空氣能熱泵因為高效節能、安全智能而得到廣泛的運用。而環境溫度對空氣能熱泵的性能有非常大的影響，在環境溫度正常時系統運行可靠，但低溫環境下系統的可靠性和制熱量下降比較嚴重。低溫環境下，會使系統的蒸發溫度下降，壓縮比增大從而導致排氣溫度較高，使壓縮機超負荷工作，導致壓縮機經常啟停，比較嚴重時甚至影響壓縮機。除此之外，壓縮機吸氣比體積增大，輸氣系數減小；蒸發器表面非常容易結霜導致換熱器傳熱效果大大減弱，空氣能熱泵機組制熱量降低，性能下降。這導致空氣能熱泵的推廣使用得到了一定的阻力，所以，怎樣將其優點在低溫環境中發揮出來成為工程師們研究的關鍵。經過工程師們的不斷努力，空氣能熱泵在低溫環境下的制熱量和穩定性等性能能夠經過提升蒸發側的除霜和延緩結霜技術的有效途徑得到緩解和改進。

3.1噴氣增焓

補氣增焓系統是選用兩級節流中間噴氣技術，選用閃蒸器進行氣液分離，實現增焓效果。它經過中低壓時邊壓縮邊噴氣混合冷卻，然后高壓時正常壓縮，提升壓縮機排氣量，達到低溫環境下提升制熱能力的目的。

格尚等在寒冷地區沈陽對噴氣增焓空氣源熱泵的運行特點做了測試，結果顯示系統的制熱季節能效比可達2.51，供熱穩定，而當供水高于10℃時，水泵再次運行，導致回水溫度低過正常值，對空氣能熱泵機組的性能要求較高。格尚在蘭州地區測試了噴氣增焓空氣能熱泵系統在不同溫度的性能，結果表明；該系統能夠非常好地改進系統的性能，在環境溫度為-11.2℃，系統的COP能達到2.0。Bach.C.K介紹了一種可實現兩級注氣、閃蒸旁通和單機壓縮三種模式可切換的空氣能熱泵裝置。Cao等將經濟器噴注系統和混合制冷劑用于空氣能熱水器中，空氣能熱泵機組的能效比和熱容量均有所增加，但壓縮機排氣溫度明顯降低。Wang等建立了噴氣增焓空氣能熱泵的模型，比較了中間換熱器噴氣和閃蒸器注氣時空氣能熱泵的性能，得知前者注氣時空氣能熱泵系統的性能較好。胡文舉對待閃光器的補氣增焓空氣能熱泵系統進行了數值模擬研究，結果表明：存在不錯的一級壓力比，使系統的性能趨于穩定壓縮機的排氣溫度下降。費繼友對低溫環境下吸氣噴液空氣能熱泵系統做了研究，得知壓縮機的排氣溫度可有效地下降，但吸氣噴液下降了系統的制熱量和能效比，導致空氣源熱泵功能損耗上升，對高壓縮比沒有改進。

3.2雙級壓縮熱泵

雙級壓縮空氣能熱泵機組是經過中間壓力補氣方式來提升機組低溫下的使用性能，減少了高壓級壓縮機吸氣溫度，改進了高壓級壓縮機的冷卻效果，有效的提升空氣能熱泵機組在低溫工作狀況下的制熱使用性能，降低了壓比，減少了壓縮機的排氣溫度，提升了機組的經濟性和可靠性。

Xu等對活塞式雙級壓縮空氣能熱泵機組進行了實驗，機組的使用性能有比較大的提升。Kwon等運用余熱作為熱源，對兩級壓縮空氣能熱泵機組在地域供熱方面做了實驗，發現余熱溫度從10℃增加到30℃，空氣能熱泵機組的COP增加了22.6%。尹應德設計了帶中間經濟器的準二級壓縮空氣能熱泵機組，實驗結果顯示：在環境溫度從20℃逐漸減少到-15℃過程中，機組的供熱量和COP均下降，但在-15℃時COP為1.8，較電設備仍節能。田長青提出將雙級變頻壓縮技術用到空氣能熱泵機組中，經過試驗發現，在室外-18℃時機組的制熱系數大于2，可滿足供暖要求。格尚在不同工作狀況下對雙級壓縮空氣能熱泵機組深入研究，在-20℃時機組COP和供熱量分別為2.1和4.65kW，具有較好的低溫使用性能。

許多研究者發現噴氣增焓渦旋壓縮機技術在低溫空氣能熱泵中有成功的應用，在單級壓縮機組中低溫適應性有一定緩解，仍具有壓縮比大和排氣溫度過高及系統啟動的可靠性等問題沒有明顯的改進；而雙級壓縮系統對空氣能熱泵在低溫的運行有一定的改進，也出現變頻壓縮低高壓級的合理輸氣量比、不錯中間壓力的變化等問題，所以，對空氣能熱泵的補氣增焓和雙級壓縮的實驗還需要繼續。

3.3新工質替代

制冷劑的選擇要對人類生存環境沒有破壞并節約能源，研究者們對新型制冷劑和R22做了對比實驗，研究了新型制冷劑代替傳統含HCFCS制冷劑的前景，并比較了各種各樣制冷劑對空氣能熱泵機組使用性能的影響。

翁文兵等對R417a和R13a及R22用在空氣能熱泵熱水器中，從理論和試驗研究的角度出發，綜合考慮機組的供熱量、功耗、排氣溫度、冷凝壓力及安全性等指標，得出R417a代替R22時機組的使用性能和環保效果更好。Neksa.p對CO2熱泵熱水器的使用性能實驗，該機組在蒸發溫度為0℃時，將9℃的水加熱到60℃，機組COP為4.3且在能耗方面比燃氣、電熱水器更少。Ju和Fan等為了實驗R744和R290混合后代替R22的使用性能，經過理論模擬與試驗驗證，R744和R290在按12%和88%混合時，得到的不錯COP為4.73，相比較于R22單獨使用時COP提升11%且排氣溫度約下降28K，有助于提升空氣能熱泵效率和壓縮機壽命格尚等比較了R134a、R407c和R22三種冷媒在無霜空氣能熱泵中的性能指標，在工作溫度和濕度對應為-10℃和85%時，R134a的平均COP較R22和R407c對應大3.3%和8.6%，在工作溫度和濕度為0℃和85%時，R134a的排氣壓力比R22和R407c減少29%和32%。藕俊彥在不同工況下對噴氣增焓空氣能熱泵系統的測試研究發現，在室外溫度較低時，R410A更適合代替R22。Ali等分析了電加熱設備的空氣能熱泵在寒冷地區的性能指標，將R32和CO2按8∶2混合后，用數值模擬發現系統相對于R410A，系統季節性節能達12%，改變混合量后節能效果可提升至23%，也可減少GWP16%，說明了混合冷媒在空氣能熱泵應用中的優勢。

基本理論溫熵圖