淺談空氣源熱泵

孟喆

摘要：文章從能量節(jié)省、排放碳元素的有效降低為出發(fā)點，嶄新的生活態(tài)度以使用免費可利用再生能源，使用先進的空氣源熱泵，把空氣中的免費能量進行轉移，淺談了空氣源熱泵節(jié)能性、安全性、環(huán)保性以及具體工藝特點及流程。

關鍵詞：能源問題；空氣源熱泵；逆卡諾原理；能量轉移；可利用再生能源 文獻標識碼：A

中圖分類號：TU822 文章編號：1009-2374（2016）13-0096-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.13.046

進入21世紀，世界再次將焦點關注到能源問題。眾多專家反復強調(diào)，需大力發(fā)展太陽能技術、核電能源、水力發(fā)電等新興能源用以替代不可再生能源，只有快速全面地建立能源的多元化格局，打破以往依靠消耗性能源的單一性格局，才是提升經(jīng)濟的有效舉措?？諝庠礋岜貌捎玫墓に囀鞘澜缣貏e關注的能源替代品，同時也是在煤炭燃燒、鍋爐用油、熱水器耗電之后的純凈、綠色、省錢的供熱方式之一。在歐美的眾多發(fā)達國家，作為清潔科技的空氣源熱泵早已經(jīng)家喻戶曉及廣泛使用。它于20世紀末進入中國，憑借明顯的節(jié)能及高效等綜合優(yōu)勢，普及速度很快。節(jié)能減排早已成為了時代進步的主旋律，節(jié)約不可再生能源，可實施可操作的低碳是我們必須盡的責任。

1 熱泵工作理論

熱泵采用的工藝乃為卡諾循環(huán)的反過程道理，將免費的大氣中的可再生熱能量通過有限的機械能轉移、傳遞到水中。機組以極少量的電能為初始動力，把制冷劑成為載體作用，因為其能夠持續(xù)不斷地把免費大氣中的熱能吸收進來，高效地轉化成熱量，實現(xiàn)低溫熱源向高溫熱源的轉移，再將高品位熱能釋放到水中制取生活熱水。由于工藝流程不是直接用電熱元件加熱，而是消耗1kW的機械電能Q1，機組運行、利用制冷劑的相變從空氣中吸收3kW的免費空氣熱能Q2，冷水進入機組，被加熱成高溫熱水，得到4kW的熱量Q3，因此其能效可達到純用電的電熱水器4倍，大大節(jié)約了電力的消耗。

可是熱量如何使得低溫水變成高溫水呢？由熱力學定律的第二條我們了解：熱量不可能自發(fā)主動地從低溫傳到高溫。大家都知道，水總是主動地從高處向低處流動，同樣的道理，熱量也是自發(fā)地從高溫物體傳遞到低溫物體，而水泵的功能就是使用機械能把水從較低的地方提升到較高的地方。而熱泵的功效就是使用有限的機械能，從而實現(xiàn)熱量從較低溫的物體傳遞到較高溫度的物體。

2 空氣源熱泵核心組件

其內(nèi)部結構包含四個部件，也就是壓縮機、冷凝器、膨脹閥、蒸發(fā)器。其核心組件的工作流程如下：第一，壓縮機低壓制冷劑壓縮機后將返回，低壓制冷劑變成高溫高壓氣體放電；第二，高溫高壓制冷劑氣體流經(jīng)線圈銅管的外箱，由銅導電氣體的熱水箱，實現(xiàn)傳播的加熱和冷卻制冷劑的作用下持續(xù)到液體的壓力；第三，為液體制冷劑膨脹閥后進入蒸發(fā)器，蒸發(fā)器嚴重減少，因為壓力，所以液體制冷劑迅速蒸發(fā)成氣體，吸收空氣中大量的熱量；第四，在風扇的作用下，大量的空氣通過蒸發(fā)器的外表面，空氣中的熱量被吸收蒸發(fā)器后，空氣溫度降低，迅速進冷空氣回到廚房，然后吸收一定的能量回到壓縮機，制冷劑循環(huán)到下一個循環(huán)。

空氣源熱泵的工作原理和空調(diào)原理有些類似，即逆卡諾原理，壓縮機的應用將大量的低溫熱能吸收空氣中，壓縮成高溫熱能，熱能轉移到水箱，加熱水。整個過程是一個能量傳遞的過程，空氣中的熱量轉移到水。這表明這個過程不是能量轉換的過程，也不是通過電熱元件加熱水或燃燒的可燃氣體加熱水?？諝庠礋岜冕尫诺哪芰拷粨Q的熱水箱，利用循環(huán)使氣體變成液體，從而在壓縮機工作過程產(chǎn)生熱量，熱量從液體制冷劑冷卻流到室內(nèi)，熱交換管和室內(nèi)空氣交換。

3 空氣源熱泵的特點

3.1 安全

因為使用空氣源熱泵技術的傳熱而不是直接電熱元件加熱，因此相對于電熱水器，空氣源熱泵已經(jīng)消除泄漏的安全隱患；相對于燃氣熱水器，沒有氣體泄漏的安全隱患，如一氧化碳中毒、與其他空氣源熱泵熱水器相比有更多出色的安全性能。

3.2 舒適

空氣源熱泵可利用再生能源，其加熱功能可以自動開始根據(jù)水箱的溫度，熱水24小時全職可以達到足夠的供給，不會出現(xiàn)如燃氣熱水器那樣不能同時滿足多個自來水龍頭的現(xiàn)象，也不會出現(xiàn)小容量電熱水器那樣人們需要等待洗澡。相比于其他空氣源熱泵熱水器有充足的熱水，水產(chǎn)量和恒定的水溫可以設置，滿足舒適度的要求的熱水。

3.3 省錢

由于空氣源熱泵能耗只提供熱量的四分之一能源電熱水器，相當于產(chǎn)生等量的熱水，空氣源熱泵的使用，電動電加熱器只有0.25。在一個四口之家，例如，假設正常熱水消費為200升/天左右，電熱水器加熱，電是大約4元/天，而空氣能熱泵需時約1元/天，只提供熱水的這個項目，所以家庭可以為電力每年節(jié)省約1000元。

3.4 在廚房里冷卻

廚房制冷是空氣源熱泵的最大優(yōu)勢，因為平均熱水器（如電熱水器、燃氣熱水器、太陽能熱水器等）生產(chǎn)熱水的同時，不能有制冷功能。如果廚房要額外的冷卻效果，就需要買一個空調(diào)在廚房里。因為廚房油煙的特征是一個非常特殊的環(huán)境，所以廚房空調(diào)常見的空調(diào)是不一樣的，市場上同類型產(chǎn)品的價格一般在4000元左右。

3.5 綠色環(huán)保

燃氣熱水器燃燒可燃氣體加熱，熱水生產(chǎn)熱水同時排放大量的二氧化碳、二氧化硫等有害氣體。但只有空氣源熱泵轉移周圍空氣的熱量，傳遞到水，這個過程是完全可以實現(xiàn)零排放，所以幾乎不影響環(huán)境，是真正的綠色環(huán)保熱水器。

3.6 低碳

如前所述，空氣源熱泵是逆卡諾原理，它使能量轉移到空氣中的水，不能直接利用電熱元件加熱，熱效率可以實現(xiàn)其等效系統(tǒng)電熱水器的4倍，大大節(jié)省了電能的消耗。

4 空氣源熱泵的主要用途及使用方式

空氣源熱泵主要有以下三種使用方式，并在目前廣泛使用，分別為空氣源熱泵地暖、空氣源熱泵中央空調(diào)、空氣源熱泵熱水器。

4.1 空氣源熱泵地暖

空氣源熱泵地暖通過將空氣中的低品位熱能經(jīng)過壓縮機壓縮后能量轉移轉化變成高溫熱能，將水溫由原來的低溫加熱升高到不超過60℃，通過加熱溫度升高后的熱水作為熱媒在專用供暖管道內(nèi)進行循環(huán)，熱水管流經(jīng)地面裝飾層，地面在地面輻射和對流作用下溫度升高，熱量從建筑物地表逐漸向整個室內(nèi)空間輻射擴散。尤其產(chǎn)生的熱量呈均勻分布，并且沒有熱風感，有利于在提高人體舒適度的同時，達到保持環(huán)境中的水分、提高舒適度的功效。由于此工藝可以全天24小時的供暖，易于安裝，埋在地下，不占據(jù)室內(nèi)空間等諸多強大優(yōu)勢，并且還可以搭配不同的裝潢風格，滿足家用與商用等不同需求。

4.2 空氣源熱泵中央空調(diào)

空氣源熱泵中央空調(diào)通過從室外獲取大量的、免費的空氣中熱量，再通過有限的、較少的機械能將熱量轉移到室內(nèi)，實現(xiàn)1份電力產(chǎn)生至少3份以上熱量的節(jié)能效應。由于空氣源熱泵的效率高，沒有任何污染物排放，并且也不會影響大氣環(huán)境，空氣源熱泵為業(yè)主和開發(fā)商選擇使用方便、綠色節(jié)能、運轉高效的中央空調(diào)又提供了更加良好的一個選擇。目前市面上最先進的渦旋強熱技術便是使用空氣源熱泵技術的中央空調(diào)。

4.3 空氣源熱泵熱水器

空氣源熱泵熱水器是在普通熱水器中通過裝載的空氣源熱泵，不斷把空氣中的低溫熱量吸收進來，經(jīng)過壓縮機壓縮后轉化為高溫熱能，并以此來加熱水溫。與傳統(tǒng)的電熱水器和燃氣熱水器截然不同的是，傳統(tǒng)的熱水器均是通過消耗能源，例如燃氣和電能等來獲得熱能，而空氣源熱水器是通過吸收、轉移空氣中的大量免費熱量來達到加熱水的目的，在消耗相同電能的情況下可以吸收相當于三倍電能左右的空氣中的熱能來加熱水，而且克服了太陽能熱水器陰雨天不能使用、安裝占用大量屋頂空間、增加屋頂結構荷載、影響建筑立面效果等諸多不便，具有高安全、高節(jié)能、使用壽命長、無需排放有毒、有害氣體等綠色環(huán)保的諸多優(yōu)點?？諝庠礋岜脽崴骶哂懈咝Ч?jié)能的特點，在制造等同的熱水量的前提下，空氣源熱水器消耗費用僅為電熱水器的1/4，甚至比電輔助太陽能熱水器產(chǎn)生的能效更高。

空氣源熱泵作為一種先進的熱泵技術，因為其具備使用成本低、操作簡單、制熱效果好、安全可靠、綠色潔凈等多重優(yōu)勢，并且它可以把無處不在的空氣中的大量免費能量作為主要動力，通過有限電能驅動壓縮機運轉，實現(xiàn)能量的轉移，因此空氣源熱泵享有“大自然能量搬運工”的美譽。與其他各種需要復雜配置、消耗不可再生能源、釋放有毒有害氣體等流程的工藝相比較，空氣源熱泵能在保證取熱功效的同時減少了傳統(tǒng)工藝對大氣環(huán)境帶來的污染，故應大力推行，廣泛應用。

參考文獻

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[3]建筑給水排水設計規(guī)范（GB 50015-2003）[S].

（責任編輯：王 波）