空氣源熱泵機(jī)組能耗分析

孫衛(wèi)東

文章編號(hào)：2095-6835（2016）13-0074-01

摘 要：熱泵技術(shù)作為節(jié)能新技術(shù)，其主要是利用低品位熱源實(shí)現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換。空氣源熱泵所借助的低品位熱源為空氣，不僅能給調(diào)節(jié)對(duì)象提供冷熱量，還能給人們提供生活熱水。與常規(guī)的空調(diào)及熱水系統(tǒng)相比，空氣源熱泵具有明顯的環(huán)保、節(jié)能和高效等優(yōu)勢(shì)。分析了空氣源熱泵的工作原理、優(yōu)點(diǎn)及推廣問題，同時(shí)以某實(shí)際項(xiàng)目為研究對(duì)象，結(jié)合相關(guān)數(shù)據(jù)，提出了多種改造方案。通過比較、分析得出，空氣源熱泵機(jī)組的能耗最低，同時(shí)擁有良好的環(huán)保、節(jié)能效益。

關(guān)鍵詞：空氣源熱泵；機(jī)組能耗；數(shù)據(jù)分析；太陽能

中圖分類號(hào)：TU822+.1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.13.074

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的穩(wěn)定發(fā)展，能源問題受到了人們的廣泛關(guān)注，特別是近些年，在經(jīng)濟(jì)全球化進(jìn)程中，各國(guó)對(duì)能源的依賴性逐步增強(qiáng)，而大部分能源屬于不可再生能源，因此，能源緊缺日漸凸顯。同時(shí)，在經(jīng)濟(jì)發(fā)展與能源消耗的過程中，全球變暖問題隨之出現(xiàn)，能源枯竭、環(huán)境污染等問題制約著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。在此情況下，為了實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的目標(biāo)，世界各國(guó)開始重新審視自身的發(fā)展，各國(guó)學(xué)者也紛紛研究關(guān)于能源消耗、能源節(jié)約、環(huán)境保護(hù)等內(nèi)容。本文探討了新型能源技術(shù)，即熱泵技術(shù)，分析了其機(jī)組的能耗問題，旨在借助空氣源熱泵機(jī)組促進(jìn)能源節(jié)約、環(huán)境保護(hù)與經(jīng)濟(jì)發(fā)展等目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。

1 項(xiàng)目概況

空氣源熱泵的優(yōu)點(diǎn)十分顯著，通過理論研究與實(shí)踐探索得出，其應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)展。當(dāng)前，空氣源熱能機(jī)組的研究重點(diǎn)為其在低溫條件下的應(yīng)用。本文以東北某項(xiàng)目為研究對(duì)象，利用先進(jìn)的測(cè)量?jī)x器對(duì)空調(diào)建筑的相關(guān)參數(shù)進(jìn)行測(cè)量，同時(shí)觀察機(jī)組在冬季的運(yùn)行情況。

我國(guó)屬于大陸性季風(fēng)氣候，但由于幅員遼闊、地形復(fù)雜，且受不同的緯度及地勢(shì)的影響，氣候各異。我國(guó)東北部屬于寒冷與嚴(yán)寒地區(qū)，四季分明，晝夜溫差較為明顯；夏季炎熱，降水量較大，春季干旱多風(fēng)，秋季氣溫適宜，冬季寒冷，降水量較少。東北地區(qū)冬季供暖時(shí)間較長(zhǎng)。其中，12月至次年2月，平均氣溫均在0 ℃以下。為了充分發(fā)揮空氣源熱泵的作用，應(yīng)關(guān)注其在冬季運(yùn)行的條件，特別是室外換熱器表面易結(jié)霜的問題。根據(jù)我國(guó)冬季結(jié)霜的情況，可以將結(jié)霜區(qū)劃分為四類，分別為低溫結(jié)霜區(qū)、輕霜區(qū)、一般結(jié)霜區(qū)和重霜區(qū)。東北地區(qū)冬季屬于低溫結(jié)霜區(qū)與重霜區(qū)。

本文以東北某商業(yè)中心地帶的辦公寫字樓為研究對(duì)象，其中央空調(diào)冷熱源為空氣源熱泵冷熱水機(jī)組。該機(jī)組放置于露天屋頂，同時(shí)在屋頂加蓋了輕質(zhì)結(jié)構(gòu)的房間，主要用于放置循環(huán)水泵、集分水器、冬季熱交換器和膨脹水箱等。

2 數(shù)據(jù)分析

本文對(duì)空氣源熱泵機(jī)組夏季制冷和冬季制暖的運(yùn)行情況均進(jìn)行了觀察，統(tǒng)計(jì)了室內(nèi)的溫度、濕度、氣流速度等參數(shù)。在夏季，溫度為24～25 ℃，濕度為60%～65%，氣流速小于或等于0.1 m/s。結(jié)合空調(diào)設(shè)計(jì)規(guī)范可知，三項(xiàng)調(diào)節(jié)參數(shù)均符合要求。在冬季，溫度為18～19 ℃，濕度為26%～30%.此時(shí)的數(shù)據(jù)未能滿足空調(diào)設(shè)計(jì)規(guī)范要求。同時(shí)，在運(yùn)行過程中，室外換熱器出現(xiàn)了結(jié)霜問題。

上述數(shù)據(jù)表明，空氣源熱泵在夏季具有良好的適用性，但在冬季，其運(yùn)行效果較差，不能滿足室內(nèi)溫度、濕度和舒適性的要求。造成這種情況的主要原因是在冬季，機(jī)組需要反復(fù)除霜，難以持續(xù)供暖，同時(shí)，其熱效率較低。

3 改造方法

通過理論研究與實(shí)踐調(diào)查可知，空氣源熱泵受地域條件的影響，特別是在冷濕氣候下，其工作效果欠佳。這一情況制約了空氣源熱泵的推廣與發(fā)展。為了有效解決空氣源熱泵難以適應(yīng)低溫工作環(huán)境的問題，國(guó)內(nèi)外學(xué)者積極研究，提出了一系列解決方案，具體有增設(shè)輔助熱源、雙級(jí)耦合熱泵系統(tǒng)等。當(dāng)前，我國(guó)主要采用的方法為加裝輔助電加熱器，以此解決低溫環(huán)境下系統(tǒng)制熱量不足的問題。該方法滿足了對(duì)現(xiàn)有設(shè)備的改造需求。在室外氣溫相對(duì)較低的情況下，空氣源熱泵制冷效果較差。此時(shí)，利用輔助電加熱裝置可以保證空氣源熱泵的出水溫度，進(jìn)而使空調(diào)房間的溫度達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。但在實(shí)際應(yīng)用過程中，部分地區(qū)室外氣溫低的天數(shù)較少，空氣源熱泵效率低的時(shí)間較短，因此，輔助電加熱器常處于備用狀態(tài)。該情況加大了投資成本。為了進(jìn)一步提高空氣源熱泵機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性，新的空氣源熱泵研究工作受到了廣泛的關(guān)注。通過對(duì)現(xiàn)有空氣源熱泵系統(tǒng)的改造，可以提高其熱效率，使其在室外低溫環(huán)境下的運(yùn)行具有更好的安全性和經(jīng)濟(jì)性，從而使機(jī)組的節(jié)能減排效果更加顯著。

通過對(duì)項(xiàng)目及相關(guān)數(shù)據(jù)的分析，為了滿足項(xiàng)目的實(shí)際需求，使空氣源熱泵適應(yīng)寒冷地區(qū)的使用特點(diǎn)，我們提出了兩種解決方案，即利用水源-空氣源熱泵復(fù)合系統(tǒng)和太陽能輔助空氣源熱泵系統(tǒng)，旨在借助兩種自然資源進(jìn)一步提高空氣源熱泵的經(jīng)濟(jì)性。

水源熱泵的低溫介質(zhì)與供熱來源均為水。此時(shí)的水源主要為地表水，比如河流、地下水、工業(yè)廢水等。在夏季，空調(diào)機(jī)組由水來冷卻，帶走其排放的熱量；在冬季，熱泵機(jī)組從水中吸熱，并將熱量傳輸?shù)绞覂?nèi)供熱。水源熱泵系統(tǒng)作為空調(diào)系統(tǒng)，具有高效性、安全性、穩(wěn)定性、可靠性等特點(diǎn)，同時(shí)其節(jié)能、環(huán)保等優(yōu)勢(shì)也較為顯著。水源-空氣源熱泵復(fù)合系統(tǒng)是由壓縮機(jī)、蒸發(fā)器、熱力膨脹閥、電磁閥等構(gòu)成的，改造后的系統(tǒng)除霜時(shí)間短，除霜和供熱效果好，機(jī)組運(yùn)行的穩(wěn)定性和經(jīng)濟(jì)性均有所提升。

太陽能作為清潔能源，其最為明顯的特點(diǎn)為環(huán)保、可再生和品位低。太陽能熱水系統(tǒng)作為經(jīng)濟(jì)、綠色系統(tǒng)，將其與空氣源熱泵系統(tǒng)相結(jié)合，利于二者優(yōu)勢(shì)的充分發(fā)揮。太陽能輔助空氣源熱泵系統(tǒng)主要是由兩部分構(gòu)成的，分別為太陽能集熱和蓄熱部分、太陽能輔助空氣源熱泵部分。改造后的系統(tǒng)集熱效率高、經(jīng)濟(jì)性顯著，因此，適宜廣泛應(yīng)用與推廣。

4 總結(jié)

綜上所述，隨著能源危機(jī)、環(huán)境污染等問題的日漸凸顯，節(jié)能與環(huán)保受到了人們的廣泛關(guān)注。本文探討了空氣源熱泵機(jī)組的能耗，介紹了其工作原理及優(yōu)勢(shì)。為了解決其推廣問題，結(jié)合相關(guān)項(xiàng)目，提出了改造方案。相信，通過技術(shù)創(chuàng)新，空氣源熱泵的應(yīng)用成效將更加顯著。

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〔編輯：劉曉芳〕