基于CiteSpace 的空气源热泵领域研究热点及趋势分析

李思琪，彭佩佩，王海涛

（1.安徽建筑大学环境与能源工程学院；2.安徽建筑大学建筑与规划学院，安徽 合肥 230000）

空气源热泵技术在众多新能源技术中，具有节能减排的特点，而且运用成本低，加热性能好，在农业、工商、建筑和日常生活中得到了广泛的应用。同时，在“煤改电”过程中，空气源热泵的推广和使用，让“空气能源”站稳了脚跟，让消费者有了更多选择，提高了生活品质追求。空气源热泵应用于未来的建筑市场已成为必然的发展趋势和发展要求，相较国外的一些国家，我国的空气源热泵领域研究起步较晚。所以，很有必要对国内外空气源热泵的研究现状进行系统地分析与统计，以总结其研究现状与发展趋势。

1 研究方法及数据来源

1.1 研究方法

本文运用CiteSpace 软件作为研究的可视化工具，对空气源热泵领域中的高频词汇以及频次进行统计分析，并绘制文献的作者机构、关键词图谱等对空气源热泵领域的研究热点、知识基础及演进趋势进行统计分析。

1.2 数据来源

本文的研究数据来源于Web Of Science，筛选Web Of Science 核心文集，检索主题词“Air Source Heat Pump”，时间区间选在2012 ～2022 年，得到3624 条搜索结果，在“研究方向”上选择了“Engineering、、Construction Building Technology、Science Technology Other Topics、Environmental Sciences Ecology”等；在“国家/地区”中筛选发文量在30 以上的国家进行数据精练，得到了1280 篇相关文献。

2 机构共现图谱分析

空气源热泵研究机构共现图谱如图1 所示，图谱共形成326 个节点，409 条连线。

图1 2012 ～2022 年空气源热泵领域研究机构图谱

由图1 可以看出，在空气源热泵领域贡献尤其突出的机构是西安交通大学、清华大学等。研究机构都集中在研究院和高校中。20 世纪50 年代时，天津大学的学者就开始研究热泵，60 年代开始应用在暖通空调上。西安交通大学的曹峰等2021 年介绍了一种用来优化跨临界CO2空气源热泵热水器运行的控制方法，将MPC 控制策略应用于ASHP 热水器中，对其运行性能进行了实时优化。仿真结果证明了MPC 控制器的有效性；宋昱龙等2020 年研究热气旁路除霜方法，还进行了了压力和温度的动态特性分析及供热和能耗的能量分析，发现此方法除霜效率良好，适用于空气源跨临界CO2热泵。哈尔滨工业大学的倪龙等2021 年提出了一种新型光谱分流PV/T系统，采用MATLAB 软件模拟验证，证明了光谱分流PV/T系统的可行性。

3 热点领域分析

研究热点领域如图2 所示，将关键词共现图谱进行聚类分析，共得出8 个聚类群。

图2 2012 ～2022 年空气源热泵领域研究关键词聚类图谱

聚类群0“ground source heat pump”，聚类群3“ground source heat pump”：空气源热泵技术与地源热泵技术等都是近年来节能环保的新兴热泵技术。地源热泵因为高能效，稳定的运行能力和减少燃料消耗越来越得到人们的青睐，已成为常规普通空调的替代品。但是，地源热泵地温的不平衡，会致使土壤温度的下降还有加热性能的衰退，这就会导致制冷或制热性能系数的降低；空气源热泵在低温环境下易结霜，也会影响其运行效率，消耗热性能，降低能效。而将空气源热泵系统与地源热泵结合能够降低地源热泵冷热不平衡问题，优化运行，减少能耗，成为新的研究热点领域。能运行空气源热泵机组来满足建筑热负荷需求,而室外温度较低时,运行地源热泵机组,以此空气源热泵机组承担部分建筑热负荷,减少地源热泵系统取热量。

聚类群1“air source heat pump”、 聚类群2“air source”、聚类群7“low temperature heat source”：何桂香（2021）等人研究了空气源热泵室外换热器在低温环境下运行时的结霜问题，从结霜影响因素及霜层生长条件出发，改善了一种抑霜表面改性方法，揭示了超疏水技术应用于空气源热泵室外机换热器表面进行有效抑霜的可行性及其实际应用价值；聚类群4“industrial continuous heat treatment furnace”、聚类群5“rural household”：孙志鹏（2021 年）提出了一种适用于农村散户的多能互补供暖系统,并对供暖系统进行数值研究,结果表明，生物质-太阳能系统与空气源热泵系统之间能够形成有效的互补；聚类群6“energy level”：吴卫平（2017 年）等人讨论并分析了空气源热泵在建筑节能中的应用，发现空气源热泵的发展可以大大减少资源的过度消耗以及废弃物的排放,积极响应国家号召,为绿色节能做出社会责任；聚类群8“quasi-two stage compression air source”：曾智（2021 年）等人以补气增焓准二级压缩空气源热泵热水器为研究对象研究了补气压比对系统制热量和性能系数（COP）的影响,进行了热力学分析发现随着补气压比的增加,系统COP 和制热量均呈现先上升后下降的现象。

4 前沿分析

将关键词共现图谱使用CiteSpace 软件Burst 功能，对具有高突变率的词汇进行探测，如图3 所示，图中标有红色的关键词则被认为是前沿关键词。12 个突现较高的词如表1 所示。

表1 前十二名高突现词表

图3 2012 ～2022 年空气源热泵领域研究关键词共现图谱

基于词频分析的关键词共现知识图谱用于产生热点领域和前沿学科。

model 突现时间在2012 ～2014 年，由于空气源热泵技术成熟度高、节能减排好、实用效果好，在我国北方农村地区广泛采用。利用软件建立空气源热泵系统的数学模型，并将实测的数据输入计算机中，并进行了仿真计算得出仿真数据，将算出的模拟数据结果与实测结果进行对比，从而验证了该系统的可行性。再根据实际环境数据来进行优化，得出最佳方案，对实际应用有很大的帮助。

improvement 的突现时间在2019 年，是最新的研究前沿。空气源热泵利用空气能耗低、取之不尽、环境影响低，是一种应用广泛的节能设备。但是，由于地理条件的限制，湿度过低等气候条件会造成空调系统的换热器出现结霜现象，从而影响空调的性能。另外，当它处于高温高压状态时，很容易使压缩机等设备老化。随着空气源热泵技术的不断发展和完善，其应用范围也越来越广泛，其功能性、智能化、运行稳定性都得到了极大的改善，系统的运行失败概率也大大减少。

5 结语

（1）通过机构图谱分析得出，空气源热泵领域研究高产机构有西安交通大学、清华大学、香港理工大学、哈尔滨工业大学等，在这些机构中，作者之间都有着合作关系。

（2）在关键词图谱分析中，可以得出热点领域有ground source heat pump、air source heat pump、air source、ground dual source heat pump、industrial continuous heat treatment furnace、rural household、energy level、low temperature heat source、quasi-two stage compression air source 等八大领域，这八个热点领域代表了2012 ～2022 年空气源热泵研究者重点关注的方向。

（3）关于研究前沿分析，建立空气源热泵系统的数学模型、模拟分析、性能参数、融霜和空气源热泵技术的改进等是近10 年的主要研究内容。