空氣源熱泵用于寒冷地區(qū)供熱的性能分析

程學(xué)遠(yuǎn)

摘要：本文研究了空氣源熱泵在寒冷地區(qū)供熱性能，重在分析空氣源熱泵用于寒冷地區(qū)應(yīng)用情況，研究影響供熱性能主要因素。監(jiān)測空氣源熱泵供暖在寒冷地區(qū)運(yùn)行狀態(tài)，并結(jié)合影響因素來做好分析，總結(jié)監(jiān)測中所存在的問題，收集數(shù)據(jù)集，并對 2018年至 2020年整個(gè)供暖季進(jìn)行實(shí)時(shí)跟蹤調(diào)查。

關(guān)鍵詞：空氣源熱泵;寒冷;供熱

引言：

近年來，國家對建設(shè)節(jié)約型城市變得越加重視，并出臺(tái)一系列限制政策促進(jìn)生態(tài)環(huán)保事業(yè)的發(fā)展，以減少溫室效應(yīng)及更好的保護(hù)我們賴以生存的環(huán)境，推動(dòng)社會(huì)實(shí)現(xiàn)可持續(xù)的發(fā)展。傳統(tǒng)燃料因污染過于嚴(yán)重，已經(jīng)不適應(yīng)當(dāng)前發(fā)展需要，空氣源熱泵是一種新型供暖設(shè)備，具有良好的節(jié)能環(huán)保性能，具有強(qiáng)大的供暖能力強(qiáng)，可通過少量電能驅(qū)動(dòng)來完成高效熱能轉(zhuǎn)換，可解決北方供暖問題，對環(huán)境污染小，空氣源熱泵將會(huì)成為北方地區(qū)供暖昀優(yōu)設(shè)備?；诖?，我們開展了此次研究，將會(huì)以北方地區(qū)某個(gè)城市的辦公室作為研究對象，旨在收集各種能耗參數(shù)，分析空氣源熱泵運(yùn)行性能，分析該設(shè)備供熱情況，為后續(xù)推廣空氣源熱泵提供更多理論支持依據(jù)。

一、空氣源熱泵概述

空氣源熱泵是一種低能耗高效率熱轉(zhuǎn)換裝置，可昀大化將動(dòng)能轉(zhuǎn)換成為熱能。所謂的熱泵其實(shí)所指的就是將外部環(huán)境的熱能（低位熱能），直接轉(zhuǎn)換為高位熱能，這樣便能達(dá)到節(jié)約能源的作用?？諝馐侨≈槐M用之不竭的資源，雖然這種資源是低位熱源，但是，通過動(dòng)能轉(zhuǎn)換后便可形成高位熱源，可以大量的使用，就目前來看空氣源熱泵的安裝、使用都十分的方便。

空氣源熱泵主要特點(diǎn)：

空氣源熱泵設(shè)計(jì)構(gòu)造簡單，體積不大，因而，可以放置于住宅頂層，或者是地面上來使用。

消耗小，不需要消耗大量能源便可以實(shí)現(xiàn)低位熱能轉(zhuǎn)換成高位熱能。

空氣源熱泵是依靠電腦的方式來進(jìn)行控制，可以結(jié)合實(shí)際情況來設(shè)定運(yùn)行參數(shù)，可以監(jiān)控設(shè)備運(yùn)行。

二、空氣源熱泵運(yùn)作概述

空氣源熱泵是一種高效能熱轉(zhuǎn)換裝置，該裝置的制熱原理是取自制冷原理，即從空氣中吸收熱量來達(dá)到增熱目的，即將低位熱能轉(zhuǎn)換成為高位熱能?？諝庠礋岜迷诠ぷ鞯倪^程中將沸點(diǎn)較低的制冷劑輸送至熱能轉(zhuǎn)換裝置當(dāng)中（交換機(jī)）當(dāng)中，然后再從空氣中吸收熱能，后經(jīng)壓縮后使制冷劑溫度增高至 80℃至 150℃，然后，再將熱能輸送至毛細(xì)管當(dāng)中做水熱釋放，然后轉(zhuǎn)變成液態(tài)制冷劑，昀后再輸送至空氣當(dāng)中來吸收熱能，如此，就達(dá)到了“加熱-放熱”的工作流程[1]。具體參考下圖：

三、空氣源熱泵監(jiān)測參數(shù)

本文以四匹功率的空氣源熱泵對面積為 150m2的辦公室一冬季供熱為研究對象，監(jiān)測內(nèi)容主要包括有：風(fēng)盤出風(fēng)口溫度、風(fēng)盤回風(fēng)口溫度、風(fēng)盤出風(fēng)口風(fēng)速、室內(nèi)空氣溫度、濕度、耗電量。

為了使本次試驗(yàn)更好進(jìn)行下去，將會(huì)選取 3個(gè)辦公室作為試驗(yàn)監(jiān)測對象，并在每個(gè)辦公室被選取 3個(gè)監(jiān)測點(diǎn)，將會(huì)使用銅-康銅熱電偶測量室內(nèi)溫度情況，熱電偶傳感器測試點(diǎn)距離地面高度約 1.5米，而在辦公室內(nèi)將會(huì)分別安裝溫度測試儀及溫度自記儀，主要檢測室內(nèi)溫度變化情況，并對溫度情況做好分析、對比[2]。當(dāng)數(shù)據(jù)收集之后，便會(huì)傳輸至電腦，讀取后，存儲(chǔ)于電腦，本次試驗(yàn)是監(jiān)測空氣熱源泵系統(tǒng)一個(gè)冬季的耗電量。

四、數(shù)據(jù)采集

空氣源熱泵在運(yùn)行的過程中會(huì)產(chǎn)生很多的數(shù)據(jù)，為了更好的讀取這些數(shù)據(jù)，做好數(shù)據(jù)監(jiān)測、收集工作。

在開展試驗(yàn)的過程中，我們將會(huì)采用以時(shí)間軸的方式將數(shù)據(jù)記錄下來，然后再將這部分?jǐn)?shù)據(jù)儲(chǔ)存在電腦當(dāng)中，方便日后調(diào)用與分析數(shù)據(jù)。具體情況參考表 1.

五、結(jié)果

在實(shí)驗(yàn)的過程中我們發(fā)現(xiàn)，當(dāng)室外環(huán)境溫度降低時(shí)，就會(huì)使 COP值降低，即滿足室內(nèi)所需熱負(fù)荷消耗的電能增多，而當(dāng)室外溫度增高時(shí)（約增高到-10攝氏度），則就會(huì)使 COP值增高。這其實(shí)反映出了當(dāng)室外溫度增高，則會(huì)降低損耗，而如果室外溫度降低就會(huì)導(dǎo)致能耗增加。因而，當(dāng)溫度降低時(shí)候降低至-10攝氏度以下，當(dāng)空氣源熱泵制熱量不足時(shí)，適當(dāng)?shù)目梢耘浜陷o助加熱器來使用，畢竟，我國北方地區(qū)室外溫度一般都比較低，冬季溫度基本在-5至-15攝氏度，這也反映出空氣源熱泵在寒冷地區(qū)其的可靠性將會(huì)降低，能耗會(huì)增加，這也致使熱能效之比（EER）快速降低。從試驗(yàn)監(jiān)測結(jié)果顯示可見，空氣源熱泵總體制熱能力較強(qiáng)，是隨著室外溫度變化而變化，總體上能維持室內(nèi)溫度控制在 22攝氏度左右，起伏并不是特別大。

結(jié)論：

綜上所述，空氣源熱泵在我國供熱方面所帶來的幫助是很大的，這種供暖設(shè)備性能優(yōu)越，環(huán)保性強(qiáng)，可適用于北方家庭使用，即便在昀寒冷的時(shí)間里，每天電耗量僅為 23元左右。而隨著空氣源熱泵技術(shù)不斷成熟，并伴隨研究的不斷深入，未來空氣源熱泵供暖裝置性能將會(huì)變得更穩(wěn)定，供暖能量更強(qiáng)。在供暖季節(jié)的前期，測得該裝置的能效總體較穩(wěn)定，盡管能耗有所增加，但是供暖比較穩(wěn)定;當(dāng)室外溫度發(fā)生變化的時(shí)候，溫度就會(huì)出現(xiàn)波動(dòng)，基本上還是能滿足北方家庭供暖的需要，而節(jié)能減排也已經(jīng)成為當(dāng)前社會(huì)發(fā)展主題，因此，使用空氣源熱泵來進(jìn)行供暖不失為一種很好的辦法，總的來說還是具有了很廣闊的發(fā)展空間，未來也將會(huì)被越來越多人所接受。

參考文獻(xiàn)

[1]周海艦，高乃平，李忠，等. 北京農(nóng)村地區(qū)空氣源熱泵供暖系統(tǒng)實(shí)測分析[J]. 煤氣與熱力，2018，038（001）：32-39.

[2]趙宗彬，宋昱龍，包繼虎，et al. 跨臨界 CO2空氣源熱泵系統(tǒng)性能研究[J]. 制冷學(xué)報(bào)，2018，39（002）：22-30.