熱泵技術應用于暖通空調的選擇路徑

張繼坤

摘要：我國現階段正面臨能源枯竭的緊張局勢，而暖通空調的應用和采暖工程中所消耗的能源量占據整體建筑物的80%以上。同時，暖通空調和采暖工程，在發展的過程中還會形成大量的煙氣排放，對周邊環境帶來嚴重影響。面對這種發展局面，必須采用先進的技術對原有的供暖結構進行改善，降低對能源的使用量。同時，減少大氣排放。而熱泵技術在暖通工程中的應用，可以有效替代原有的燃燒能源，利用空氣源熱泵、地源熱泵、地下水源熱泵以及地理管熱泵等來達到暖通空調的供暖需求，從而改善我國的能源緊缺問題和環境問題。

關鍵詞：熱泵技術；暖通空調；選擇路徑

在我國城市化建設進程不斷推進的基礎上，城市建設的面積在逐漸增大，這也對供暖系統提出了較高的要求。暖通空調的使用量在不斷增加，這必定會造成大量的能源消耗。同時，供暖過程中還開會產生大量污染氣體，對周邊環境形成嚴重影響。要想改變這種發展局面，就必須要采用新能源技術來代替原有的燃燒能源，降低暖通工程對環境所帶來的影響問題。為此，我們針對熱泵技術在暖通空調中的應用進行研究具有極為重要的意義。

一、熱泵系統的基本原理及特點

1、空氣源熱泵

（1）空氣源熱泵的工作原理。空氣源熱泵的應用指的就是，通過改變制冷劑的流動方向來置換室內外的空氣，從而達到調整室內溫度的重要作用。實際上就是利用電力驅動壓縮機，實現對室內外空氣的有效置換。在夏季進行室內吸熱操作將其排放在室外，而在冬季供暖期間，則是從室外吸熱向室內排放，從而達到室內供暖的效果。

（2）空氣源熱泵的特點。空氣源熱泵的主要優勢表現在節能方面、適用性能方面和安全性方面。然而，根據不同地區的氣候差異，空氣源熱泵所發揮的制冷和供暖性能也會存在一定的不同。對于北方地區室外溫度較低的情況下，室外所安裝的換熱器會在降溫的作用下產生結霜反應，而系統在運行的過程中，還需要提供一定的能耗用于除霜，這必定會增加熱泵的能源消耗量。同時，對換熱器的使用性能也會產生一定影響。而對于南方地區來說，室外溫度較高的情況下，空氣源熱泵的應用性能優勢得以全面發揮。由此可見，空氣源熱泵較為適宜應用到南方氣溫較高地區。

2、地源熱泵

（1）地下水源熱泵的工作原理。地下水的水溫常年保持不變，一般比當地平均氣溫高幾度。我國東北地區地下水溫約在4℃～14℃；華北地區的地下水溫約為15℃～19℃。由于地下水溫恒定，與地面空氣溫度相比，夏季溫度較低，冬季溫度較高。地下水源熱泵系統就是深井回灌水源熱泵系統。通過抽水井群將地下水抽出，通過水源熱泵機組，提取或釋放熱量后，由回灌井群回灌地下。

（2）地下水源熱泵的特點。地下水源熱泵開發周期短、技術難度低，適用地下水較豐富的地區。它是靠大量集中抽取地下水，換熱后回灌于地下。過度抽取會引起地面沉降；回灌過程處理不好，會污染地下水；地下水資源作為戰略物資，要取得開采權，要限制定量開采，合理利用；需要打試驗井來確定地下含水層和取水層，確定出水量和回灌量，進而確定井群數；水源井區域占地面積較大，且需專人管理。

3、地埋管地源熱泵

（1）地埋管地源熱泵的工作原理。地埋管熱泵又叫土壤源地源熱泵。它是利用地球表面淺層巖土體中儲存的低品位地熱資源作為冷熱源，采用水平或垂直地埋管系統作為換熱器。通過熱泵機組提升為高品位能，對建筑供、制冷或提供熱水。

（2）地埋管地源熱泵的特點。地下淺層的巖土層可吸收太陽能，溫度比較移穩定，熱容量大，蓄熱性能力較好，冬季從巖土體中取出熱量，可在夏季得到一定的補償。地埋管地源熱泵不需要風機，冬季不用除霜。不受地下、地表水資源的限制，避開了回灌，也避免了地下水的污染、管道腐蝕。系統潔凈。只需有足夠的埋管空間。地溫資源分布豐富，溫度穩定，熱泵能效比高、安全可靠，使用范圍廣，運行費用低，環保無污染，一機多用。但它應用也存在問題：水平埋管占地面積較大，埋管較淺，受地面溫度波動大；土壤導熱性能差，使得取熱困難，一般土壤換熱器的換熱量為20W/M。在干燥地區更低。垂直埋管鉆井費用較高，特別是堅硬地質區。選用設計前需打測試孔對巖土的熱物性進行測試。

二、熱泵技術應用在暖通空調中的選擇

1、空氣源熱泵的選擇

空氣源熱泵是以空氣作為低溫熱源，經熱泵機組壓縮機的作功完成高效集熱整合，成為高溫熱源，用來供暖或供應熱水，常用的有VRV熱泵空調系統、分體式熱泵空調機、大型風冷熱泵機組等。用于寫字樓、圖書館、運動場館、影劇院等公共場所所。其與太陽能配合使用，用于浴池、游泳池的水加熱。但對于北方地區冬季室外氣溫在0℃以下，空氣源熱泵的室外換熱器開始結霜，而增加除霜裝置和輔助加熱設備，使能效比降低。在寒冷地帶空氣源熱泵基本無法使用。

2、地下水源熱泵的選擇

地下水源熱泵是通常所說的深井回灌式水源熱泵。早在上世紀90年代東北的紡織廠空氣調節就采用了深井回灌技術，對車間進行溫、濕度調節。地下水源熱泵通常用于電力供應充足且地下水資源豐富地區的賓館、商場、學校、醫院、別墅等的空調和采暖。

3、地埋管地源熱泵的選擇

地埋管地源熱泵通常用于電力供應充足，有足夠埋管空間地區的賓館、商場、學校、辦公樓、學校等建筑，小型的系統更適合別墅住宅的采暖、空調。在我國“夏熱冬冷”地區，冬、夏時間基本相當。采用地埋管熱泵全年埋管區冷、熱負荷基本平衡，巖土體溫度變化不大。小型的地源熱泵系統適合別墅住宅的空調和采暖。在寒冷地區，冬季熱泵運行制熱系數低于1.8，若有集中熱源、氣源時，不宜采用。制熱系數大于等于2.3時，地埋管地源熱泵才具有冬季供熱的實用價值。對于嚴寒和“夏熱冬暖”地區，巖土體溫度變化較大，巖土層冷熱難以平衡，不適合使用該熱泵技術。對于采用凍結法施工的礦井附屬建筑、地鐵的車站等可將廢棄的凍結管作為地源熱泵的換熱器加以利用。

結語：

熱源技術在暖通空調中的有效應用，不僅可以降低建筑能耗，改善我國的能源緊缺問題，還可以有效降低暖通空調應用過程中，對周邊環境所帶來的影響。同時，對于熱泵技術的有效選用還可以降低暖通空調的成本投入，使建筑工程的功能性得到進一步提升，從長遠的角度出發，熱泵技術可以作為暖通空調的主要能源技術。

參考文獻：

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[2]李文旭.暖通空調領域新能源熱泵技術應用研究[J].工程技術：全文版，2016（11）：00262-00262.