地源熱泵戶型蓄冰中央空調(diào)的探討

錢昭 何東

摘 要：隨著經(jīng)濟(jì)水平的發(fā)展和人民生活水平的不斷提高，人們對于居住環(huán)境要求也越來越高，空調(diào)的普及率在人們的日常生活中越來越廣泛，在炎熱的夏季，空調(diào)系統(tǒng)可以將環(huán)境溫度調(diào)至人體的正常適應(yīng)水平，保證工作和生活環(huán)境的舒適性，為人們生活帶來了極大的便利?？照{(diào)系統(tǒng)主要可以根據(jù)其制冷面積的不同分成兩大類，一種是大型中央空調(diào)，適用于面積較大的公共場所空氣制冷；另一種是戶型中央空調(diào)，主要應(yīng)用于家庭空氣制冷。傳統(tǒng)的戶型空調(diào)的動力來源主要依靠空氣源熱泵來實現(xiàn)系統(tǒng)的控制，該種控制系統(tǒng)在空調(diào)使用過程中存在一些弊端，因此，目前我國戶型空調(diào)的泵源主要向地源熱泵方向發(fā)展，文章就將對此方面問題進(jìn)行系統(tǒng)探討。

關(guān)鍵詞：空氣源熱泵系統(tǒng)；地源熱泵系統(tǒng)；應(yīng)用前景；蓄冰中央空調(diào)

1 戶型中央空調(diào)在我國的發(fā)展與使用現(xiàn)狀分析

1.1 空氣源熱泵戶型空調(diào)系統(tǒng)的缺陷

我國傳統(tǒng)的家用空調(diào)設(shè)備多是以空氣源熱泵作為核心制冷裝置，該種空調(diào)設(shè)備在使用存在的問題正在日益顯現(xiàn)。

1.1.1 空氣源熱泵戶型空調(diào)的熱源傳輸和控制媒介是以空氣為主，但由于空氣介質(zhì)對環(huán)境變化的感受較為明顯，因此，極易受到外部環(huán)境的影響而降低其使用效能，尤其是在氣溫相對較高的地區(qū)，該系統(tǒng)將會受到高溫的嚴(yán)重影響使其原有功能失效，達(dá)不到空調(diào)的制冷效果。

1.1.2 該種戶型中央空調(diào)在外部環(huán)境的影響下明顯降低制冷效果，會受到使用地區(qū)氣候條件的限制，在氣溫條件寒冷的區(qū)域，還容易輸出現(xiàn)機(jī)體結(jié)霜現(xiàn)象，因此，其功效的發(fā)揮會嚴(yán)重受到溫度條件的制約，多適用于中部以南地帶，而不是和與氣候寒冷的東北地區(qū)。

1.1.3 以空氣源熱泵作為核心制冷系統(tǒng)的空調(diào)設(shè)備不具備電能自動調(diào)節(jié)的功能，無論外部環(huán)境溫度如何變化，其制冷溫度都保持在同一水平，需要人工調(diào)節(jié)操作，因此，其相應(yīng)的耗電量就會極高，產(chǎn)生的電費(fèi)數(shù)目也較為可觀，給人們的生活帶來的不小的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)，因此，我們經(jīng)常會見到空調(diào)買而不用的現(xiàn)象，使空調(diào)設(shè)備成為了擺設(shè)。

1.1.4 空調(diào)系統(tǒng)的使用處于安全性考量常常需要三相電源，但三相電源多適用于大型企業(yè)和公共場所的安裝和使用，對于戶型中央空調(diào)的安裝和使用則會帶來極大的不便，而且三相電源通常也會產(chǎn)生較大功率，增加耗電量。

1.1.5 在一些夏季氣溫較為炎熱的地區(qū)，每年因家用空調(diào)產(chǎn)生的電能消耗量都極為可觀，在總用電量中占據(jù)相當(dāng)一部分比例，這就直接加大了電網(wǎng)系統(tǒng)的負(fù)荷量，引發(fā)了電力資源供應(yīng)緊張的問題，因此，我們經(jīng)常會聽說南方高溫地區(qū)實行拉閘限電的措施來保證電能的有效供應(yīng)。

1.2 以地源熱泵作為動力來源的戶型中央空調(diào)的優(yōu)勢分析

與傳統(tǒng)空氣源熱泵戶型空調(diào)相比，新型的地源熱泵制冷系統(tǒng)在運(yùn)行中更為節(jié)能環(huán)保，也更加符合社會發(fā)展的要求。地源熱泵的工作原理是通過在土地中埋設(shè)熱源管道來實現(xiàn)與土壤之間的熱能交換達(dá)到制冷制熱的目的，其在系統(tǒng)運(yùn)行中主要具有如下優(yōu)點(diǎn)。

1.2.1 通過在土層中埋設(shè)管道，實現(xiàn)熱源交換。冬季，空調(diào)系統(tǒng)會將從土壤中吸取的熱量通過熱泵轉(zhuǎn)換傳輸?shù)绞覂?nèi)，提升室內(nèi)溫度；夏季，則會將室內(nèi)的熱量通過地源熱泵系統(tǒng)傳輸?shù)酵寥乐?，實現(xiàn)室內(nèi)制冷效果。這種系統(tǒng)充分利用了土壤資源的優(yōu)勢，大幅降低了空調(diào)系統(tǒng)的耗電量。

1.2.2 地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)由于其泵體管道埋設(shè)在土層下方，因此不易受到外部溫度的影響，在冬季也不會發(fā)生結(jié)霜問題，延長了機(jī)體的使用壽命，省去了后續(xù)維修的費(fèi)用，保證了其功效的發(fā)揮。

1.2.3 土壤源熱泵不需要風(fēng)機(jī)，可以減少噪聲和熱風(fēng)污染，而且運(yùn)行情況好于空氣源熱泵，有較高的可靠性。為用戶的使用帶來很大的方便。

1.2.4 也正是由于土壤溫度的延遲作用，因而可以提高戶型中央空調(diào)單機(jī)的制冷量。再加上夜間蓄冰，可減少白天機(jī)組制冷量，使機(jī)組壓縮機(jī)容量減小，降低機(jī)組造價，同時還可以適應(yīng)更多的單相電用戶的需要。

1.2.5 夏季，即便是在夜間，土壤源熱泵的冷凝溫度也低于空氣源熱泵，因而可以減小制冷系統(tǒng)運(yùn)行時的壓縮比，這為戶型中央空調(diào)利用低谷電蓄冰創(chuàng)造了極為有利的條件。

2 地源熱泵戶型蓄冰中央空調(diào)應(yīng)用前景

2.1 小型別墅逐年增多，地源熱泵戶型蓄冰中央空調(diào)是富裕起來的城鄉(xiāng)居民家庭空調(diào)的首選機(jī)型。這部分居民占我國人口的比例不大，但絕對數(shù)不小。

2.2 城市綠化面積擴(kuò)大，也為一些低層住戶和小型商業(yè)、辦公用戶提供了使用地源熱泵戶型蓄冰中央空調(diào)的條件。

2.3 工礦企業(yè)的辦公、計量、化驗、檢測等附屬用房也具有使用地源熱泵戶型蓄冰中央空調(diào)的條件。

2.4 據(jù)國外資料介紹，在定負(fù)荷運(yùn)行情況下，蓄冷空調(diào)比非蓄冷空氣調(diào)年節(jié)能率為13%。因此，蓄冷空調(diào)將得到國家重視和推廣，并有可能獲得國家補(bǔ)助，以降低用戶的投資。

2.5 為解決電力負(fù)荷不均的問題，我國將進(jìn)一步拉大峰谷電價比，與國際通行峰谷電價比例靠攏，以鼓勵利用低谷電。與此同時，“峰谷電價”也即將進(jìn)入家庭。

3 地源熱泵戶型蓄冰中央空調(diào)機(jī)組結(jié)構(gòu)形式探討

3.1 雙熱力膨脹閥

熱力膨脹閥是最常用的節(jié)流元件，它是依靠蒸發(fā)器出口制冷劑的過熱度大小來調(diào)整閥的開度，達(dá)到自動調(diào)節(jié)機(jī)組的制冷量以滿足外界熱負(fù)荷變化的需要。由于熱力膨脹閥本身受其構(gòu)造所限，導(dǎo)致其適用的溫度及調(diào)節(jié)范圍均小。由于制冷主機(jī)在空調(diào)工況或在蓄冰工況下運(yùn)轉(zhuǎn)，一般均在額定負(fù)荷下工作，因此其運(yùn)行條件都相對比較穩(wěn)定，更適合采用雙膨脹閥。

3.2 雙蒸發(fā)器

空調(diào)工況和蓄冰工況的蒸發(fā)溫度差別較大，對同一臺制冷壓縮機(jī)，制冷量也有較大差別。為了提高蒸發(fā)器的傳熱效率和保證制冷壓縮機(jī)的良好回油，機(jī)組應(yīng)配置兩臺蒸發(fā)器，一臺用于電力低谷段蓄冰，一臺用于電力高峰段釋冷量不足時，制取冷凍水供空調(diào)使用。

3.3 盤管外融冰

采用盤管外融冰方式蓄冷，盤管成為直接蒸發(fā)制冷系統(tǒng)的蒸發(fā)器，蓄冷箱內(nèi)的水在盤管外表面結(jié)成一定厚度的冰，這不僅可以減小蓄冷箱體積，減少乙二醇水溶液的復(fù)雜流程和冷損失，還可以提高制冷系統(tǒng)的蒸發(fā)溫度，增大機(jī)組的制冷量，降低機(jī)組成本。外融冰方式可讓空調(diào)回水與蓄冷箱內(nèi)的冰直接換熱，融冰速度快，與空調(diào)回水混合后，可直接提供7℃的冷凍水。

4 結(jié)束語

由于自然環(huán)境的污染態(tài)勢日益惡化，所以為了降低對環(huán)境的污染，我國政府大力提倡在家電領(lǐng)域?qū)嵭泄?jié)能減排政策，傳統(tǒng)的家用中央空調(diào)系統(tǒng)主要是以空氣源熱泵作為空調(diào)系統(tǒng)的制冷裝置，該種方式不僅對空調(diào)制冷效果有一定限制，而且還造成了電能的極大浪費(fèi)，加大了電網(wǎng)的負(fù)荷量，對我國電力供應(yīng)系統(tǒng)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)帶來不良的影響。對傳統(tǒng)戶型空調(diào)進(jìn)行節(jié)能改造是未來空調(diào)生產(chǎn)行業(yè)的發(fā)展趨勢，新型地源熱泵戶型空調(diào)的應(yīng)用有效彌補(bǔ)了空氣源熱泵戶型中央空調(diào)的缺陷，不僅保證了空調(diào)的制冷效果，而且還能夠大幅度的降低耗電量，實現(xiàn)家用空調(diào)設(shè)備的節(jié)能減排，帶來了較大的社會價值和環(huán)境效益。

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