空氣源熱泵冷暖系統介紹及應用實踐

歐敏杰

摘 要：現階段來看，我國經濟的發展促進了一些先進科學技術的發展，在實際生活中得到了廣泛的應用。在人們的日常生活中，對于“夏季制冷”和“冬季取暖”的要求不可或缺。空氣源熱泵冷暖系統（Air source heat pump system）在學生公寓、生活住宅、酒店等各個生活場所中均有著重要的影響，對于人們的身體健康有著重要的作用。因此，空氣源熱泵冷暖系統的相關理論研究有著實質性的意義。基于此，作者先簡要分析生活熱水系統中存在的常見問題，再分析空氣源熱泵冷暖系統的基本組成和應用等，希望能夠廣泛提高空氣源熱泵冷暖系統的應用范圍。

關鍵詞：空氣源熱泵；冷暖系統；實際應用

在日常生活中，對空氣源熱泵冷暖系統的應用給人們的生活帶來很大便利，尤其能夠有效保證人們在使用熱水的時候提高其利用效率，與此同時能夠最大限度地節約能源，創造綠色的生活環境[1]。節能與環保是當今科學發展的主要方向，空氣源熱泵冷暖系統作為一種新的能源技術，正在逐步應用于生活和生產等各個方面。

1 生活熱水系統存在的問題

隨著我國經濟的飛速發展，越來越多的人使用集中化的生活供應熱水系統，但是從使用效果來看，存在以下幾個方面的問題：

1.1 熱水循環系統存在短路循環

熱水循環系統一旦出現短路循環問題，勢必會導致每一個使用水點無法及時取得所需要的熱水。對于定時供應熱水的居民建筑來說，上述問題凸顯的特別厲害。舉例來說，廣東省某交通廳家屬院設有定時供應熱水系統，但是由于管溝為枝狀鋪設，室外的生活熱水管道無法采取同程布置，因此使得較為遠離鍋爐房的建筑物內熱水供應不夠及時[2]。上述生活熱水系統的設計對于熱水循環的阻力平衡不夠重視，僅僅是簡單地進行同程式管道布置，沒有對水力平衡進行相應計算。基于此，對生活熱水供應系統的循環效果比較差，耗費了諸多能源。

1.2 設備制熱效率太低，能源消耗頗大

生活熱水系統在制熱過程中，效率僅僅達到75%，因此消耗的能源比較大。

1.3 環境污染比較大

主要耗能為柴煤，在燃燒過程中產生了大量的粉塵、二氧化硫氣體和二氧化碳氣體等，因此很不利于工作人員和居民的生體健康[3]。

1.4 人工投入大且產能比較低

生產過程中設備長時間需要有工作人員當值看守且制熱產出的熱水量比較少，無法滿足生產的基本需求。

2 空氣源熱泵熱水機組的引進應用

為了不斷滿足生產和生活的需要，與此同時達到節能減排的目標，發展好綠色經濟。廣東某公司自從2006年以來，引進了7套空氣源熱泵熱水機來取代傳統的鍋爐[4]。本文將以RB-10K（3P）循環熱泵熱水機為例，再以實際應用情況為基礎，對系統的組成和工作原理等進行簡要分析，來為系統的正常運行和維護等提供參考數據。

3 空氣源熱泵熱水系統基本組成

3.1 熱交換循環系統

熱交換循環系統主要由以下幾個方面組成：（1）壓縮機；（2）壓力控制器；（3）壓力表；（4）溫度控制器；（5）感溫包；（6）汽水分離器；（7）電磁四通閥；（8）低溫水進；（9）高溫水出；（10）水流控制器；（11）出水溫度傳感器；（12）熱力膨脹閥；（13）干燥過濾器；（14）蒸發器溫度傳感器；（15）儲液器；（16）冷凝風機等。

熱交換循環單元中以制冷劑為交換介質，在壓縮機作用之下，制冷劑通過管路來完成熱量交換。在熱量交換過程中，通過膨脹閥的節流作用來控制好制冷劑的供給量，再平衡好循環系統之間的壓力。

3.2 電氣控制系統

電氣控制系統主要由以下幾個方面組成：（1）四通閥；（2）溫度壓力過載保護；（3）LY152A控制器；（4）冷凝風機；（5）NK252控制器；（6）輔助電加熱器；（7）輔助電加熱及循環泵控制系統；（8）溫度控制保護器；（9）空氣源熱系統循環泵等。電氣控制系統主要是以LY152A控制器為中心，再以單片機為控制器核心，通過軟件編程來實現智能控制。熱循環系統中的溫度和壓力傳感器等對系統的工作壓力和水溫度信號控制進行集中化處理，再對壓縮機進行智能化的控制和保護，再保證系統的安全運行。NK252控制器能夠通過LY152A控制器進行通訊，對空氣源熱泵設備進行遠程控制，繼而查詢到設備運行的基礎狀態。

3.3 輔助電加熱系統

輔助電加熱系統僅僅在環境溫度比較低的情況下空氣源熱泵熱水系統無法滿足工業生產用水或者生活用水，需要作為補充輔助來進行相關使用[5]。

4 空氣源熱泵熱水系統工作原理

空氣源熱泵熱水系統以壓縮機為中心，通過對電磁四通閥和壓縮機的控制，經過節流器或者放熱器，再經過吸熱器，最后再回到壓縮機，形成一個循環的過程，完成空氣源熱泵制熱和制熱的功能。在熱泵運行過程中，首先從空氣環境熱能中吸收相應熱量，再蒸發之后傳入到相關發熱介質中去，通過實際壓力和溫度等進行高溫蒸汽在儲水箱外表制成冷凝液體。再將熱量進行釋放后傳遞到空氣源熱泵儲水箱中，在膨脹閥的作用之下再回到蒸發器內完成一個循環的過程。

4.1 制熱工作原理

空氣源熱泵熱水系統從外界空氣中來吸收熱量，從而將其釋放到水中進行加熱處理[6]。簡單來說，通過蒸發器的低溫液壓制冷劑來從空氣中所吸收的熱量經過汽水分離器之后，從氣體進入到壓縮機中。通過壓縮機壓縮之后變為高溫高壓狀態，再通過冷凝器將熱量釋放到水中去。感溫包感受蒸發器的溫度之后，再控制熱力膨脹閥開度，再次進入到蒸發器中，從空氣中吸收熱量，不斷循環之后，將空氣中的熱量釋放到水中，最終使得水溫逐漸升高。

4.2 制冷工作原理

制冷則主要是依靠系統蒸發器的除霜來提高系統的整體功效。簡單來說，當環境溫度比較低時，由蒸發器將空氣中的熱源吸收之后，在表面會形成積霜層，空氣中的熱量僅僅只有少部分能夠進入到系統中來，此時降低了系統的制熱功能，空氣源熱泵系統進行制冷工作。

5 實際應用

廣東省某社區應用的空氣源熱泵系統，生活熱水實際加熱的溫度為47°C～55°C，平均每人每次洗澡所需熱水50L。該社區平均每天有2000人洗澡，那么需要的熱水量為2000×50=100000L/d。該社區自從應用了空氣源熱泵熱水機之后，在2014年，平均維護費用為1.11萬元/臺，該社區的平均實際耗電量為62520kW·h，全年合計耗費資金41.02萬元。根據調查資料顯示，使用普通鍋爐全年合計耗費資金48.88萬元。

參考文獻

[1]韓宗偉，李先庭，石文星，等.適用于寒冷地區的太陽能與低溫空氣源熱泵復合空調系統[J].暖通空調，2011，41（1）：104-107，112.

[2]董建鍇，姜益強，姚楊，等.空氣源熱泵相變蓄能除霜特性實驗研究[J].湖南大學學報（自然科學版），2011，38（1）：18-22.

[3]張超，呂新剛，陳建平，等.低環溫空氣源熱泵技術研究新進展[J].建筑節能，2015，16（10）：22-26.

[4]余延順，何雪強，江輝民，等.單-雙級混合復疊空氣源熱泵機組制熱性能實驗研究[J].南京理工大學學報（自然科學版），2012，36（6）：1036-1041.

[5]顧皓.濟南山區別墅冷暖熱三聯供系統設計探討[J].建筑熱能通風空調，2016，35（5）：95-96.

[6]曾章傳，吳錦京，魏新利，等.空氣源熱泵直接地板輻射采暖系統實驗研究及熱力性能分析[J].太陽能學報，2011，32（8）：1151-1157.