地源熱泵戶型蓄冰中央空調的探討

錢昭 何東

摘 要：隨著經濟水平的發展和人民生活水平的不斷提高，人們對于居住環境要求也越來越高，空調的普及率在人們的日常生活中越來越廣泛，在炎熱的夏季，空調系統可以將環境溫度調至人體的正常適應水平，保證工作和生活環境的舒適性，為人們生活帶來了極大的便利。空調系統主要可以根據其制冷面積的不同分成兩大類，一種是大型中央空調，適用于面積較大的公共場所空氣制冷；另一種是戶型中央空調，主要應用于家庭空氣制冷。傳統的戶型空調的動力來源主要依靠空氣源熱泵來實現系統的控制，該種控制系統在空調使用過程中存在一些弊端，因此，目前我國戶型空調的泵源主要向地源熱泵方向發展，文章就將對此方面問題進行系統探討。

關鍵詞：空氣源熱泵系統；地源熱泵系統；應用前景；蓄冰中央空調

1 戶型中央空調在我國的發展與使用現狀分析

1.1 空氣源熱泵戶型空調系統的缺陷

我國傳統的家用空調設備多是以空氣源熱泵作為核心制冷裝置，該種空調設備在使用存在的問題正在日益顯現。

1.1.1 空氣源熱泵戶型空調的熱源傳輸和控制媒介是以空氣為主，但由于空氣介質對環境變化的感受較為明顯，因此，極易受到外部環境的影響而降低其使用效能，尤其是在氣溫相對較高的地區，該系統將會受到高溫的嚴重影響使其原有功能失效，達不到空調的制冷效果。

1.1.2 該種戶型中央空調在外部環境的影響下明顯降低制冷效果，會受到使用地區氣候條件的限制，在氣溫條件寒冷的區域，還容易輸出現機體結霜現象，因此，其功效的發揮會嚴重受到溫度條件的制約，多適用于中部以南地帶，而不是和與氣候寒冷的東北地區。

1.1.3 以空氣源熱泵作為核心制冷系統的空調設備不具備電能自動調節的功能，無論外部環境溫度如何變化，其制冷溫度都保持在同一水平，需要人工調節操作，因此，其相應的耗電量就會極高，產生的電費數目也較為可觀，給人們的生活帶來的不小的經濟負擔，因此，我們經常會見到空調買而不用的現象，使空調設備成為了擺設。

1.1.4 空調系統的使用處于安全性考量常常需要三相電源，但三相電源多適用于大型企業和公共場所的安裝和使用，對于戶型中央空調的安裝和使用則會帶來極大的不便，而且三相電源通常也會產生較大功率，增加耗電量。

1.1.5 在一些夏季氣溫較為炎熱的地區，每年因家用空調產生的電能消耗量都極為可觀，在總用電量中占據相當一部分比例，這就直接加大了電網系統的負荷量，引發了電力資源供應緊張的問題，因此，我們經常會聽說南方高溫地區實行拉閘限電的措施來保證電能的有效供應。

1.2 以地源熱泵作為動力來源的戶型中央空調的優勢分析

與傳統空氣源熱泵戶型空調相比，新型的地源熱泵制冷系統在運行中更為節能環保，也更加符合社會發展的要求。地源熱泵的工作原理是通過在土地中埋設熱源管道來實現與土壤之間的熱能交換達到制冷制熱的目的，其在系統運行中主要具有如下優點。

1.2.1 通過在土層中埋設管道，實現熱源交換。冬季，空調系統會將從土壤中吸取的熱量通過熱泵轉換傳輸到室內，提升室內溫度；夏季，則會將室內的熱量通過地源熱泵系統傳輸到土壤中，實現室內制冷效果。這種系統充分利用了土壤資源的優勢，大幅降低了空調系統的耗電量。

1.2.2 地源熱泵空調系統由于其泵體管道埋設在土層下方，因此不易受到外部溫度的影響，在冬季也不會發生結霜問題，延長了機體的使用壽命，省去了后續維修的費用，保證了其功效的發揮。

1.2.3 土壤源熱泵不需要風機，可以減少噪聲和熱風污染，而且運行情況好于空氣源熱泵，有較高的可靠性。為用戶的使用帶來很大的方便。

1.2.4 也正是由于土壤溫度的延遲作用，因而可以提高戶型中央空調單機的制冷量。再加上夜間蓄冰，可減少白天機組制冷量，使機組壓縮機容量減小，降低機組造價，同時還可以適應更多的單相電用戶的需要。

1.2.5 夏季，即便是在夜間，土壤源熱泵的冷凝溫度也低于空氣源熱泵，因而可以減小制冷系統運行時的壓縮比，這為戶型中央空調利用低谷電蓄冰創造了極為有利的條件。

2 地源熱泵戶型蓄冰中央空調應用前景

2.1 小型別墅逐年增多，地源熱泵戶型蓄冰中央空調是富裕起來的城鄉居民家庭空調的首選機型。這部分居民占我國人口的比例不大，但絕對數不小。

2.2 城市綠化面積擴大，也為一些低層住戶和小型商業、辦公用戶提供了使用地源熱泵戶型蓄冰中央空調的條件。

2.3 工礦企業的辦公、計量、化驗、檢測等附屬用房也具有使用地源熱泵戶型蓄冰中央空調的條件。

2.4 據國外資料介紹，在定負荷運行情況下，蓄冷空調比非蓄冷空氣調年節能率為13%。因此，蓄冷空調將得到國家重視和推廣，并有可能獲得國家補助，以降低用戶的投資。

2.5 為解決電力負荷不均的問題，我國將進一步拉大峰谷電價比，與國際通行峰谷電價比例靠攏，以鼓勵利用低谷電。與此同時，“峰谷電價”也即將進入家庭。

3 地源熱泵戶型蓄冰中央空調機組結構形式探討

3.1 雙熱力膨脹閥

熱力膨脹閥是最常用的節流元件，它是依靠蒸發器出口制冷劑的過熱度大小來調整閥的開度，達到自動調節機組的制冷量以滿足外界熱負荷變化的需要。由于熱力膨脹閥本身受其構造所限，導致其適用的溫度及調節范圍均小。由于制冷主機在空調工況或在蓄冰工況下運轉，一般均在額定負荷下工作，因此其運行條件都相對比較穩定，更適合采用雙膨脹閥。

3.2 雙蒸發器

空調工況和蓄冰工況的蒸發溫度差別較大，對同一臺制冷壓縮機，制冷量也有較大差別。為了提高蒸發器的傳熱效率和保證制冷壓縮機的良好回油，機組應配置兩臺蒸發器，一臺用于電力低谷段蓄冰，一臺用于電力高峰段釋冷量不足時，制取冷凍水供空調使用。

3.3 盤管外融冰

采用盤管外融冰方式蓄冷，盤管成為直接蒸發制冷系統的蒸發器，蓄冷箱內的水在盤管外表面結成一定厚度的冰，這不僅可以減小蓄冷箱體積，減少乙二醇水溶液的復雜流程和冷損失，還可以提高制冷系統的蒸發溫度，增大機組的制冷量，降低機組成本。外融冰方式可讓空調回水與蓄冷箱內的冰直接換熱，融冰速度快，與空調回水混合后，可直接提供7℃的冷凍水。

4 結束語

由于自然環境的污染態勢日益惡化，所以為了降低對環境的污染，我國政府大力提倡在家電領域實行節能減排政策，傳統的家用中央空調系統主要是以空氣源熱泵作為空調系統的制冷裝置，該種方式不僅對空調制冷效果有一定限制，而且還造成了電能的極大浪費，加大了電網的負荷量，對我國電力供應系統的正常運轉帶來不良的影響。對傳統戶型空調進行節能改造是未來空調生產行業的發展趨勢，新型地源熱泵戶型空調的應用有效彌補了空氣源熱泵戶型中央空調的缺陷，不僅保證了空調的制冷效果，而且還能夠大幅度的降低耗電量，實現家用空調設備的節能減排，帶來了較大的社會價值和環境效益。

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