空氣源熱泵和能源塔熱泵的對(duì)比研究

李子為

摘要：隨著社會(huì)的發(fā)展，能源匱乏和環(huán)境污染成為人們面臨的重要問(wèn)題，因此節(jié)能減排成為社會(huì)發(fā)展的必然趨勢(shì)?？諝庠礋岜煤湍茉此岜米鳛榭稍偕茉吹睦梅绞剑谌藗兊纳钪袘?yīng)用越來(lái)越多，本文通過(guò)對(duì)空氣源熱泵和能源塔熱泵熱水系統(tǒng)進(jìn)行分析，對(duì)空氣源熱泵和能源塔熱泵進(jìn)行了對(duì)比研究

關(guān)鍵詞：空氣源熱泵 能源塔熱泵 研究

一、空氣源熱泵的工作原理

空氣源熱泵熱水機(jī)主要由冷凝器、壓縮機(jī)、儲(chǔ)液器、過(guò)濾器、膨脹閥、蒸發(fā)器等部分構(gòu)成，其工作原理如圖1所示：

當(dāng)空氣源熱泵機(jī)組運(yùn)行時(shí)，低壓狀態(tài)下的液態(tài)制冷劑會(huì)流經(jīng)蒸發(fā)器，此時(shí)其能夠從溫度相對(duì)較高的空氣中吸收熱量，并從液態(tài)變?yōu)闅鈶B(tài)。隨后制冷劑會(huì)進(jìn)入壓縮機(jī)，通過(guò)壓縮機(jī)做功使制冷劑的壓力和溫度升高，使之從低溫低壓制冷劑轉(zhuǎn)化為高溫高壓的蒸汽。之后，壓縮機(jī)將高溫高壓的蒸汽排到冷凝器中，在冷凝器中制冷劑將獲取的熱量傳遞給冷水，冷水吸熱溫度升高，而此時(shí)高溫高壓狀態(tài)下的制冷劑則轉(zhuǎn)化為低溫高壓的液態(tài)制冷劑，并從冷凝器流到膨脹閥中，并經(jīng)過(guò)絕熱膨脹過(guò)程降低壓力，變成低溫低壓的液體，再次流入蒸發(fā)器之中并蒸發(fā)為氣態(tài)。制冷劑在蒸發(fā)器，壓縮機(jī)，冷凝器，以及膨脹閥之間不斷地循環(huán)，從而將冷凝器中的低溫冷水不斷加熱，直到降水加熱到設(shè)定的溫度。

二、能源塔熱泵的原理和特點(diǎn)

能源塔熱泵的原理是利用水和空氣接觸時(shí)的熱質(zhì)交換來(lái)將空氣中的熱量傳遞給水。在冬季，能源塔熱泵機(jī)組需要消耗部分電能，并且通過(guò)利用氯化鈣等冰點(diǎn)低于零度的載體介質(zhì)來(lái)提取空氣中的低品位熱能，然后將其轉(zhuǎn)化成大量的高品位熱能，從而起到供熱或者提供熱水的作用。在環(huán)境溫度較高的春夏秋三季，可以將能源塔作為熱源來(lái)制取熱水，并且在夏季還可以為熱泵機(jī)組冷凝器提供冷卻水，作為冷卻塔使用。

能源塔熱泵系統(tǒng)具有節(jié)能效果顯著、環(huán)保作用突出、機(jī)組壽命長(zhǎng)、應(yīng)用范圍廣、系統(tǒng)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、適用性強(qiáng)等特點(diǎn)。能源塔熱泵系統(tǒng)的平均能效比可以達(dá)到4.5，具有顯著的節(jié)能效果，與風(fēng)冷熱泵相比可節(jié)能30%以上；能源塔熱泵系統(tǒng)利用空氣中的能量，屬于可再生能源，因此其工作時(shí)能夠降低一次能源的消耗，同時(shí)減少?gòu)U水、廢氣的排放，具有突出的環(huán)保作用；能源塔熱泵相較于風(fēng)冷熱泵，在全年工作運(yùn)行情況下磨損更輕，使用壽命更長(zhǎng)；能源塔熱泵應(yīng)用范圍廣，由于其不受地質(zhì)條件限制、不依賴于地下水、地表水，且噪音較小，能夠適用于室外濕球溫度高于-9℃的長(zhǎng)江以南地區(qū)的特點(diǎn)，使其相較于地源熱泵系統(tǒng)、水源熱泵系統(tǒng)和風(fēng)冷熱泵系統(tǒng)擁有更廣泛的應(yīng)用范圍。此外，相較于其他熱泵系統(tǒng)，能源塔熱泵在設(shè)計(jì)時(shí)需要考慮的問(wèn)題更少，設(shè)計(jì)更簡(jiǎn)單，并且具有很好的適用性。

三、空氣源熱泵和能源塔熱泵的對(duì)比研究

通過(guò)實(shí)驗(yàn)探究，空氣源熱泵和能源塔熱泵在不同溫度下加熱相同體積的水升高相同溫度的COP值如表1所示：

通過(guò)實(shí)驗(yàn)和表中數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)在冬季能源塔熱泵的運(yùn)行能效要高于空氣源熱泵，而在夏季情況下則正好相反，空氣源熱泵的運(yùn)行能效要優(yōu)于能源塔熱泵。這是由于在冬季，長(zhǎng)江中下游地區(qū)的氣候濕冷，空氣溫度低，在溫度低于5℃時(shí)冷凝溫度就會(huì)低于0℃。在這樣的條件下空氣源熱泵的冷凝器翅片會(huì)出現(xiàn)結(jié)霜的現(xiàn)象，這會(huì)對(duì)傳熱效果造成不利的影響，在其運(yùn)行過(guò)程中需要進(jìn)行不斷的融霜來(lái)維持主機(jī)的正常運(yùn)行，這就會(huì)嚴(yán)重降低主機(jī)的加熱能力和效益?！督ㄖo水排水設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定冬季最冷月平均溫度小于10℃時(shí)應(yīng)設(shè)置輔助加熱設(shè)備也是出于此原因。與空氣源熱泵不同的是，能源塔熱泵實(shí)質(zhì)上是一組水源熱泵，熱媒流體介質(zhì)在蒸發(fā)器吸收冷量后排至能源塔，通過(guò)與空氣的充分交換后吸收熱量回到蒸發(fā)器繼續(xù)吸冷。能源塔的作用實(shí)質(zhì)上就是冷卻塔的逆過(guò)程，也就是所謂的吸熱冷凝，在冬季能源塔的流體介質(zhì)需要在低于0℃的環(huán)境下工作，因此需要采取冰點(diǎn)較低的防凍劑。雖然能源塔和空氣塔一樣，最終都是在空氣中抽取熱量，但是由于不會(huì)出現(xiàn)結(jié)霜的情況，不需要進(jìn)行融霜，因此系統(tǒng)的運(yùn)行效率較高，這也是在冬季能源塔熱泵比空氣塔熱泵運(yùn)行能效高的原因。在夏季，由于環(huán)境溫度較高，此時(shí)能源塔內(nèi)空氣與蒸發(fā)器介質(zhì)的交換是冷凝和蒸發(fā)的平衡，而蒸發(fā)散熱會(huì)影響能源塔的吸熱效果，導(dǎo)致了能源塔熱泵能效相對(duì)較低。

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（作者單位：江蘇大學(xué)）