提取冷水凝固熱的熱泵系統技術方案

師云濤

（山西省交通科學研究院，太原 030006）

眾所周知，任何熱泵系統熱源在應用過程中都存在一定缺陷，影響熱泵系統的作用效果和節能水平。這就需要對當前我國各行業所應用的熱泵系統綜合分析，并按照分析結果制定合理的熱泵系統技術方案。不僅如此，其間還需要分析提取冷水凝固熱裝置的運行狀態，在解決熱泵系統技術缺陷的同時，確保提取冷水凝固熱技術在熱泵系統中發揮最大的作用。

1 提取冷水凝固熱的熱泵系統

1.1 系統結構

為保證相關人員全面了解提取冷水凝固熱的熱泵系統，其間就需要對該種熱泵系統實施有效分析，明確系統中各元件的作用效果，并保證各部分元件在熱泵系統中發揮自身最大的作用。在對提取冷水凝固熱熱泵系統進行深入研究的過程中，人們應明確該系統是由熱泵機組、凝固換熱器、除冰設備、水箱、冷卻塔、若干門閥和水泵組成的。由于該系統涉及的組成結構非常多，其在運行時會經由多個步驟，無形中加大該項熱泵系統在運行中出現問題的可能。基于此，為了充分發揮熱泵系統的作用和優勢，首先就要熟悉熱泵系統的系統結構，并明確各個系統在運行時所采取的方法。對于除冰裝置來說，該裝置在運行時通常采取液-固流化床方法，大量固體在水流的牽引下，會附著在換熱器表面，在冰層破壞、剝離的條件下實現物質除冰的目的。不僅如此，其間還會應用砂粒這種物質，以有效提升除冰裝置作用效果，這對于相關裝置穩定運行來說非常重要。

1.2 運行原理

從提取冷水凝固熱的熱泵系統運行的角度來說，該系統運行主要表現在制冰和融冰兩方面。在制冰時，熱泵系統中冷水凝固裝置并沒有向末端系統提供熱量[1]。而在融冰過程中，熱泵系統中冷卻塔能夠有效吸收室外空氣熱量，借以實現融冰的目的。為縮短熱泵系統在運行時投入的時間和能源物質，可以同時進行制冰和融冰工作，有效提升熱泵系統運行效果。水箱中水源在經由水泵抽取的條件下，水源在引射器中會分離出一定數量的水砂混合物。同時，分離出來的水砂混合物進入換熱器內部，借以實現水源熱傳遞的作用。一般來說，換熱器中存留一定數量的低溫中間換熱介質，導致水源在換熱器內部會形成一層薄冰，同時釋放出熱量。與此同時，換熱器中所形成的冰層會受到水流的不斷沖擊，繼而產生冰漿。這種冰漿物質在與水砂混合物融合的條件下，會形成冰水砂混合物，有效實現熱泵系統提取冷水的目的。在完成制冰工作后，人們應按照熱泵系統應用范圍和當地自然環境狀態開展合理的融冰工作，通過熱泵系統中各部分元件融冰工作，盡可能保證熱泵系統制冰和融冰兩項工作處于循環狀態，在換熱器內部中間換熱介質的影響下，實現熱能穩定傳輸的目的，借以保證熱泵機組能夠向系統末端傳遞熱量。在熱泵系統外部濕球溫度發生變化時，水源在冷卻塔中吸收空氣中熱量的能力也發生很大的變化。在這種條件下，人們就需要按照熱泵系統在運行中所需要的熱負荷對系統進行凝固潛熱，避免熱泵系統中換熱器過度固化。同時，可以進行調砂閥閉合處理，將提取冷水凝固熱泵轉化成常規水源熱泵。

2 提取冷水凝固熱的熱泵系統各項技術

提取冷水凝固熱的熱泵系統在運行過程中，會應用多種技術手段，從而提高提取冷水凝固熱的熱泵系統的運行效率和質量，并且可以避免運行時出現的多種問題，確保空調系統的安全、穩定運行。在對提取冷水凝固熱的熱泵系統中有關技術手段進行研究中，人們發現，各項技術手段與熱泵系統運行穩定性之間存在緊密的聯系，這就需要加深對各項技術的研究力度，以保證相關人員深入了解各項技術手段。

2.1 水箱容量控制

在冬季室外溫度低于0℃的條件下，熱泵系統中冷卻塔結構并不能發揮融冰效果，導致熱泵系統中融冰流程難以順利開展，這對于熱泵系統作用效果也有很大的影響。在這種條件下，人們就需要按照熱泵系統中冷卻塔結構運行模式提升建筑中供熱負荷量，確保熱泵系統中冷卻塔能夠在熱負荷的驅使下穩定運行，為推進熱泵系統中融冰工藝順利開展提供有效參考依據[2]。不僅如此，在熱泵系統實施融冰工作時，人們還需要將水箱容量控制在規定范圍內，避免融冰過程中出現水箱容量不達標和水源外溢的現象。

2.2 制冰和除冰工藝

凝固換熱器作為熱泵系統的重要組成部分，保證凝固換熱器運行的穩定性，能夠有效提升熱泵系統作用效果。因此，在熱泵系統中凝固換熱器運行時，相關人員要對室外溫度變化趨勢和其他方面因素綜合分析，并按照分析結果和熱泵系統運行模式選取適當的制冰技術。受熱泵系統運行效果的影響，還可以應用流化床的方式支取符合熱泵系統運行的動態冰漿并在特定的條件下采取類似的手段對熱泵系統展開除冰工作。為保證熱泵系統中制冰和除冰工藝順利開展，在凝固換熱器管外應添加一定數量的中間換熱介質，確保管內低溫水流能夠在中間換熱介質的影響下結冰，進一步實現熱泵系統結冰的目的。目前，應用于熱泵系統制冰和除冰工藝中的中間換熱介質有很多，常見的包括氯化鈣溶液、乙醇、乙二醇和甲醇這四種。通過對比分析，人們了解到這四種中間換熱介質的性能參數和作用效果存在本質上的差異，如表1所示。基于此，人們就需要按照熱泵系統運行狀態和制冰和除冰工藝要求選取合理的中間換熱介質，確保中間換熱介質在熱泵系統制冰和除冰工藝中發揮自身最大的作用。與此同時，附著在管內壁的冰層在流態化除冰裝置的影響下會出現碎冰剝離現象，之后熱泵系統就可以將碎冰和水流合成的冰漿通過換熱器排放出來。從熱泵系統換熱器的角度來說，在選取換熱器時，應保證換熱管束口徑符合相關要求，有效提升各類水源排放水平。除此之外，還應保證熱泵系統換熱器內部水流的暢通性，避免水流所帶動的固體滯留在換熱器內部。

表1 常見的中間換熱介質及其性能參數

2.3 融冰工藝

對于熱泵系統來說，通常采取冷卻塔裝置進行融冰處理，而且熱泵系統中水箱內部還設有冰水分離隔板，這一裝置能夠保證水泵在短時間內抽取水箱中水源，借以推動冷卻塔裝置運行。在水源引入冷卻塔裝置之后，它會與室外空氣發生換熱現象，在對低溫液態水進行加熱處理的過程中，溫度升高的水源會大量聚集在水池底部，之后在重力作用下流回水箱內部，使得空氣中熱量能夠向水箱方向流轉[3]。在對熱泵系統中冷卻塔裝置進行深入分析時，人們了解到應用在熱泵系統中的冷卻塔主要有開式冷卻塔和閉式冷卻塔兩種，這就需要對兩種冷卻塔裝置綜合分析，并按照室外空氣狀態和氣候變化趨勢選取適當的冷卻塔模式，確保冷卻塔裝置在熱泵系統運行中發最大的作用。對于開式冷卻塔來說，其能夠實現水與空氣相互接觸的目的，有效提升熱泵系統相關設備換熱效率。但是，應用開式冷卻塔進行熱泵系統融冰處理，還會出現水源蒸發損失的問題，這就需要在熱泵系統運行時投入大量能源物質，從而影響熱泵系統節能效果。對于閉式冷卻塔來說，水源在換熱管內部穩定流動，難以與空氣相接觸。盡管這種冷卻塔裝置能夠從根本上控制熱泵系統出現蒸汽損失現象，但是會導致系統換熱效率下降，對于熱泵系統運行效果也有很大的影響。

3 結語

熱泵系統在建筑暖通空調系統中起到非常重要的作用，為保證熱泵系統作用效果得以彰顯，人們必須綜合分析提取冷水固定熱的熱泵系統運行狀態和運行原理等，并按照分析結果制定熱泵系統優化措施，在提升熱泵系統運行穩定性的同時，有效調節建筑室內溫度，降低暖通空調在運行時的耗能量，為實現暖通空調節能改造的目的提供有效參考依據。不僅如此，本文還細致分析水箱容量控制、制冰除冰和融冰等熱泵系統技術，以有效提升熱泵系統運行效率，彰顯該項系統的實用性價值。

[1]鄭記莘.提取冷水凝固熱熱泵系統的研究[D].青島：青島大學，2017.

[2]鄭記莘,吳榮華.提取冷水凝固熱的熱泵系統技術方案[J].暖通空調，2016，46（10）：140-142.

[3]孫德興，張承虎，吳榮華，等.利用冷水凝固熱的熱泵系統與裝置[J].暖通空調，2006，（7）：41-44.