1、複疊式空氣源熱泵

由於環境溫度低，導致係統壓比(bi)高，壓縮功大，節流損失大，*終(zhong)導致熱泵能效低。為了減(jian)少損失、提高效率，複疊式空氣源熱泵係統采(cai)用(yong)兩個(ge)蒸氣壓縮循環相串聯來代替單(dan)一的循環，以減(jian)小(xiao)單(dan)級循環的壓縮比(bi)。

如下圖所示，複疊係統由兩個(ge)獨立(li)的蒸氣壓縮循環組成，其一為低溫級循環，另(ling)一個(ge)為高溫級循環。這兩個(ge)循環通過一個(ge)共用(yong)的中間換熱器相連接，該換熱器同時作為低溫循環的冷凝(ning)器和高溫循環的蒸發器運(yun)行。冬季，低溫循環通過蒸發器從環境空氣中吸收(shou)熱量，並將(jiang)熱量提升到更高的溫度，作為熱源提供給(gei)高溫循環；在高溫循環中，熱量再次被提升至室內(na)供暖所需的溫度。

采(cai)用(yong)複疊式空氣源熱泵，循環的壓比(bi)大大降(jiang)低，減(jian)少了總壓縮損失和節流損失，因而可以提高空氣源熱泵的能效；並且，根(gen)據不同的工況，複疊式循環的高、低溫級可采(cai)用(yong)不同的製冷劑。由於複疊式係統可采(cai)用(yong)兩個(ge)簡單(dan)的單(dan)級係統來實現，故(gu)已(yi)經有多年被用(yong)於供暖和供應(ying)熱水的應(ying)用(yong)。然而，複疊循環中間換熱器的換熱溫差(cha)不可避免地會(hui)導致一定的效率損失；並且，複疊循環需要使用(yong)兩台(tai)壓縮機和一個(ge)額(e)外的換熱器，這與單(dan)級循環相比(bi)成本更高。

2、雙級壓縮空氣源熱泵

雙級壓縮空氣源熱泵將(jiang)兩個(ge)製冷循環連接在一起，可以看作是複疊式係統的簡化形式。如下圖所示，根(gen)據所采(cai)用(yong)經濟器的不同，可以將(jiang)雙級壓縮空氣源熱泵分(fen)為兩類(lei)：閃蒸罐（FT）係統[5]和中間換熱器（IHX）係統。

對於閃蒸罐係統，離(li)開室內(na)冷凝(ning)器的液(ye)體製冷劑被節流成兩相後進(jin)入閃發罐，兩相製冷劑在閃發罐中被分(fen)離(li)為飽(bao)和氣體和飽(bao)和液(ye)體；飽(bao)和氣體製冷劑與低壓級壓縮機的製冷劑排(pai)氣混合後，被高壓級壓縮機再次壓縮，飽(bao)和液(ye)體經第二膨脹閥節流後，進(jin)入室外蒸發器蒸發為氣體，而後進(jin)入低壓級壓縮機，之後與閃發罐的中壓氣體混合。

對於中間換熱器係統，冷凝(ning)器出口的液(ye)體製冷劑直接分(fen)成主流、支流兩路。支流製冷劑被節流到中壓後進(jin)入中間換熱器，低溫製冷劑將(jiang)主流製冷劑冷卻(que)到過冷狀(zhuang)態，支流製冷劑吸熱變(bian)為飽(bao)和氣或過熱狀(zhuang)態，並與低壓級壓縮機的排(pai)氣混合，之後進(jin)入高壓級壓縮機進(jin)一步(bu)壓縮。中間換熱器主流出口處的過冷製冷劑被節流後，通過蒸發器，*終(zhong)回到低壓級壓縮機，被壓縮至中壓後與支流製冷劑混合。

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(bu)氣係統）與雙級壓縮係統非常相似(si)。不同點在於，準雙級壓縮係統中采(cai)用(yong)一個(ge)帶有中間補(bu)氣口的壓縮機代替兩個(ge)串聯壓縮機。在準雙級壓縮中，來自(zi)閃發罐或中間換熱器製冷劑被注入壓縮機的壓縮腔內(na)，而非兩台(tai)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(cai)用(yong)專門(men)設計的補(bu)氣壓縮機來代替兩台(tai)壓縮機，從而避免了兩台(tai)壓縮機之間的均油難題，同時降(jiang)低了係統成本。更重要的是，通過關閉補(bu)氣支路上的閥門(men)，準兩級係統可以靈(ling)活轉換為單(dan)級循環模式，從而在冬、夏季優化準雙級熱泵的性能。為此，近年來，準雙級壓縮技術在低溫熱泵中得到了廣(guang)泛的應(ying)用(yong)。

二、製冷劑替代

目前，R22和R410A是空氣源熱泵係統*常用(yong)的製冷劑，其主要替代物為R290、R32、R744、R161以及一些HFC混合製冷劑。然而，除R744外，所有的中低GWP製冷劑都具(ju)有一定可燃性，考(kao)慮(lv)到充注量和其它(ta)特殊(shu)要求，其應(ying)用(yong)必(bi)須符合相關的安全標(biao)準或規定。

就純工質替代物而言，R290的運(yun)行壓力和容量與R22相近，且能效比(bi)高於R22，但由於其易(yi)燃性，主要適用(yong)於小(xiao)充注量係統。已(yi)有生產商展出了使用(yong)R290的分(fen)體式空調器、空氣源熱泵。R32的運(yun)行壓力和容量接近R410A，且能效也與R410A相當，甚至略高於R410A。

目前，R32適用(yong)於市(shi)場上各類(lei)空調設備，多個(ge)國家和地區將(jiang)其用(yong)於分(fen)體機，如日本、中國、韓國和歐洲，也有生產商將(jiang)R32用(yong)於其他(ta)類(lei)型的係統，如多聯機。R744在供暖和供冷領域的應(ying)用(yong)受到限(xian)製，由於其在製冷模式下能效比(bi)，尤(you)其是在外溫較高時。然而，R744跨(kua)臨界循環在高溫熱水方麵(mian)具(ju)有顯(xian)著優勢。

除純工質外，也有許(xu)多空氣源熱泵專用(yong)的混合製冷劑，其主要由兩種或多種R32、R125、R134a、R152a、R161、R1234yf、R1234ze、R600a、R1270和R290等純工質混合構成。某些混合工質已(yi)被命名為專有編號，如R444B、R446A和R447A等，而其他(ta)大量混合工質仍在持續開發。這些混合工質往往具(ju)有與R22或R410A相近的運(yun)行壓力和容量，GWP在150~1000之間，可燃性多為1級（高GWP工質）或2L級（中GWP工質）。目前，大部分(fen)的混合工質還未被量產，相關的技術數(shu)據仍未公開。