采用热泵组成混合系统的现实性
近来空气源热泵已成为可再生能源，为生活空间供暖并生产卫浴热水的一种最高效的模式。经过多年的实践，这些机器的设计进行了多次改进，同时降低了耗电量，而早先采用的制冷剂也已被其它与环保需求相容的产品所替代。此外，自2020年12月31日起，欧盟国家的所有新建筑的能源都必须 “基本为零”，而且这些新建筑所需的能源大部分都必须采用可再生能源。可认为空气源热泵像地热泵那样具有可再生性。
能效第一
供给传热流体分配系统的温度要求越高，热泵效率下降得越低（生产单位热量的电功率要求越高）。在广泛采用散热片分配热量的情况已有多年时间，但是，近几年业界才开发这种特定整合设备，以应对特定需求。谈及这类机器设备的制造和管理的相关技术时，人们往往按照时新的模式，有时甚至有些滥称“混合”，而这个术语只应适用于热泵完全整合锅炉运行的情况。
多方面的适应性
从性能上看，热泵混合系统在应用和管理的适应性上有若干积极作用。由于这种系统具有热泵和锅炉的双重技术特点，适用于对于居住环境中不同的应用场合。特别是，热泵能在很广的应用领域按温度可调的模式供热，典型为25~80°C，可供给配装多个需要高温终端的分配回路，因此，适用于解决意大利国内现有大部分住宅楼群的低能效问题。同时，借助对供热系统气候曲线的管理，可以优化运行效率。一年中相对较少的天数需要较高的供热温度，而供热季节中大部分时间以较低的温度工作，从而减少热量的散失和浪费，提高制热设备的效率。有可能充分实现混合系统的满载运行。图1展示出了通用热泵的典型特性，即与室外气候的依存性（与室外气候相关的设备系统供应热水温度设定点的变化曲线和典型的 COP 变化曲线）。
以下介绍如何在不同的运行模式中通过智能管理实现节能，以求实现各种技术的优化应用。
随着室外气温的降低和供热需求温度的同时提高，只需单独运行热泵，以便在需要运行冷凝式锅炉支援之前，达到最小运行 COP，因此采用混合模式可以保证供给需求的热量。在室外气温仍然较低的情况下，假如控制逻辑容易实现，系统将转入另一运行模式，改为单单由冷凝式锅炉满足整体热载荷。随后我们将了解混合技术的工作原理及混合系统进入不同运行模式过程的切入点。
如图2，混合热泵的运行范围始终取决于室外气温和系统的供给温度。该图并不是解释这两台机器的特别运行区域，而是说明如果系统考虑方便，便能实行整合。还能看到热泵如何能以一元结构形式运行，实现25~55°C的供热温度，以及如何调用锅炉混合运行或单台运行，以覆盖特定供热系统要求的整体温度范围。
混合系统
混合系统可分为以下四种运行模式：
n 单热泵运行模式。
n 锅炉在有限时间内运行的混合模式，以提高单热泵运行的供热能力。
n 锅炉运行与热泵预热的混合模式。
n 单锅炉运行模式。
用户可以决定为了优化运行成本或降低一次能源消耗是否必须在这几种运行模式之间切换。首先，对于混合系统来说，是在所有运行条件下都能选择的运行模式，从而最大程度地节约管理成本。通过综合评估燃气（天然气或液化石油气）和电力的采购成本及运行效率可以确认这一点。其次，基于一次能源消耗，为优化经济指标选择适当模式。
图3展示出了不同运行模式之间的区别。另外，还展示了供给热量和供给温度与环境温度之间的依存关系。绿色区域为热泵运行区，与单热泵供热相对应。平衡 COP 的定义为与平衡温度（环境温度）对应的 COP。在要求设定供给温度下的热泵所产出的热量千瓦时等于锅炉所产出的热量千瓦时。平衡 COP 存在于绿色区域向橙黄色区域国度的边界上，其右侧的 COP 高于平衡点的 COP，而左侧的 COP 低于平衡点的 COP。橙黄色区域为两种模式同时运行。
供热温度与理想 COP
现在谈谈如何根据最大节能量确定供热温度并计算最佳 COP。
利用图4可以了解平衡温度的变化趋势，图中展示出此平衡点位于供热温度的趋势线和电力-燃气价格比线的交叉点上。譬如，电价可能为白天27€C/kWh，夜晚为24€C/kWh，而燃气价格为10€/kWh；按此标准，价格比会从白天的2.7变到夜晚的2.4，如此修改相当于供给温度变化为平衡温度。
在实际中，由传感器测定室外温度，而根据设备安装者或管理员的运行设定，该温度与一定的供热温度相对应。图5展示了与运行相关的气候曲线。因此，控制系统将可能基于热泵特性实时算出要求的供给温度和热泵的即时效率。
如果将系统设定为经济模式，当热泵按 COP 平衡点运行时，热泵产出的每千瓦时供热价格等于锅炉产热的每千瓦时价格。平衡 COP 取决于电力采购价（€/kWh）、燃气采购价和锅炉的热效率。能源价格由用户或安装者按照特定使用条件设定，可随时修改，以便实时跟踪趋势。
[注意：排版时应改动：COP break even →COP平衡；Prezzoenel →电价；ηboiler →η锅炉；Prezzogas → 燃气价]
如果想提高环保要求的优先等级，在公式中应考虑一个电力转换系数，其定义为生产1千瓦时电力所需输入的一次能源数量（按照平均水平为2.5，在意大利该系数为2.18）。
[注意：排版时应改动：COP break even →COP平衡；Coeff.Ener.Primaria→一次能源系数；ηboiler →η锅炉；numero→ 数字]
现在，当热泵的高效率足以保证用户在经济或环境方面实现节约时，就激活这种单热泵运行模式，于是，系统就以单热泵模式运行。更专业的讲，如果即时 COP 超过平衡 COP，就激活这种模式（参阅公式）。
根据混合模式的特点可向市场推出具有更先进运行模式的系统（图6）。实际上，如果热泵的即时效率低于平衡 COP，那么传统系统（可以称之为二元系统）可能需要激活单锅炉运行模式。
这就是先进系统区别于传统二元系统的地方。在混合模式运行时，热泵利用中温回流热量加热工作流体，然后锅炉继续将此温度升高，一直将流体加热到要求的设定点。为了优化系统效率，系统的控制程序确实真正地控制流体。对循环控制流量的变速热泵作了修改，以扩大系统的温差。因此，谋求研究使回流温度更低一些，以便在锅炉最终加热之前专门更好地利用热泵预热。
然后，卫浴热水的生产即时就受到了锅炉控制，或必要时同时受到蓄热水箱的控制，就是说，可能加入与生产卫浴热水相关的一种模式。在这种场合，控制系统会控制锅炉的燃烧器即时生产卫浴热水。于是，卫浴热水的整体需求就由锅炉承担了。贮藏系统（由换热器供热）的加入更提高了整个系统的可靠性（图7）。在这种场合，常常会发生同时供热的要求，后者将由热泵满足。
构成部分
制热部分即所谓内机，就是将热泵的水-冷却剂换热器和冷凝式燃气锅炉整合在一台紧凑设计的机器中。在内机中，还安装了一个膨胀水箱和一个加热回路。热泵压缩机由后备系统配备的变频器控制。外机装有防止结霜的系统。
结语
只需通过控制系统的高级集成，便能强化热泵和锅炉的各自性能。这种集成和整合实际上降低了供热和卫浴热水生产系统的运行成本。另外，必须面对设计开放、适应性强、能应对一次能源价格变动的系统课题。运行温度高、使用适应性强并兼优化经济和环境作用是应对住宅改建的重要特点。
另外，能够优选选择，包括利用太阳能等可再生能源的特点，以支持对热泵供电或卫浴热水生产。
