熱泵技術(shù)應(yīng)用于暖通空調(diào)的選擇路徑

張繼坤

摘要：我國現(xiàn)階段正面臨能源枯竭的緊張局勢，而暖通空調(diào)的應(yīng)用和采暖工程中所消耗的能源量占據(jù)整體建筑物的80%以上。同時，暖通空調(diào)和采暖工程，在發(fā)展的過程中還會形成大量的煙氣排放，對周邊環(huán)境帶來嚴(yán)重影響。面對這種發(fā)展局面，必須采用先進(jìn)的技術(shù)對原有的供暖結(jié)構(gòu)進(jìn)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(shù)在暖通工程中的應(yīng)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(dá)到暖通空調(diào)的供暖需求，從而改善我國的能源緊缺問題和環(huán)境問題。

關(guān)鍵詞：熱泵技術(shù)；暖通空調(diào)；選擇路徑

在我國城市化建設(shè)進(jìn)程不斷推進(jìn)的基礎(chǔ)上，城市建設(shè)的面積在逐漸增大，這也對供暖系統(tǒng)提出了較高的要求。暖通空調(diào)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(chǎn)生大量污染氣體，對周邊環(huán)境形成嚴(yán)重影響。要想改變這種發(fā)展局面，就必須要采用新能源技術(shù)來代替原有的燃燒能源，降低暖通工程對環(huán)境所帶來的影響問題。為此，我們針對熱泵技術(shù)在暖通空調(diào)中的應(yīng)用進(jìn)行研究具有極為重要的意義。

一、熱泵系統(tǒng)的基本原理及特點(diǎn)

1、空氣源熱泵

（1）空氣源熱泵的工作原理?？諝庠礋岜玫膽?yīng)用指的就是，通過改變制冷劑的流動方向來置換室內(nèi)外的空氣，從而達(dá)到調(diào)整室內(nèi)溫度的重要作用。實(shí)際上就是利用電力驅(qū)動壓縮機(jī)，實(shí)現(xiàn)對室內(nèi)外空氣的有效置換。在夏季進(jìn)行室內(nèi)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(nèi)排放，從而達(dá)到室內(nèi)供暖的效果。

（2）空氣源熱泵的特點(diǎn)?？諝庠礋岜玫闹饕獌?yōu)勢表現(xiàn)在節(jié)能方面、適用性能方面和安全性方面。然而，根據(jù)不同地區(qū)的氣候差異，空氣源熱泵所發(fā)揮的制冷和供暖性能也會存在一定的不同。對于北方地區(qū)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(chǎn)生結(jié)霜反應(yīng)，而系統(tǒng)在運(yùn)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(chǎn)生一定影響。而對于南方地區(qū)來說，室外溫度較高的情況下，空氣源熱泵的應(yīng)用性能優(yōu)勢得以全面發(fā)揮。由此可見，空氣源熱泵較為適宜應(yīng)用到南方氣溫較高地區(qū)。

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(dāng)?shù)仄骄鶜鉁馗邘锥取Ｎ覈鴸|北地區(qū)地下水溫約在4℃～14℃；華北地區(qū)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(tǒng)就是深井回灌水源熱泵系統(tǒng)。通過抽水井群將地下水抽出，通過水源熱泵機(jī)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(diǎn)。地下水源熱泵開發(fā)周期短、技術(shù)難度低，適用地下水較豐富的地區(qū)。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(zhàn)略物資，要取得開采權(quán)，要限制定量開采，合理利用；需要打試驗(yàn)井來確定地下含水層和取水層，確定出水量和回灌量，進(jìn)而確定井群數(shù)；水源井區(qū)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?zé)豳Y源作為冷熱源，采用水平或垂直地埋管系統(tǒng)作為換熱器。通過熱泵機(jī)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(diǎn)。地下淺層的巖土層可吸收太陽能，溫度比較移穩(wěn)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(bǔ)償。地埋管地源熱泵不需要風(fēng)機(jī)，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(tǒng)潔凈。只需有足夠的埋管空間。地溫資源分布豐富，溫度穩(wěn)定，熱泵能效比高、安全可靠，使用范圍廣，運(yùn)行費(fèi)用低，環(huán)保無污染，一機(jī)多用。但它應(yīng)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(dǎo)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(qū)更低。垂直埋管鉆井費(fèi)用較高，特別是堅(jiān)硬地質(zhì)區(qū)。選用設(shè)計(jì)前需打測試孔對巖土的熱物性進(jìn)行測試。

二、熱泵技術(shù)應(yīng)用在暖通空調(diào)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?zé)嵩矗?jīng)熱泵機(jī)組壓縮機(jī)的作功完成高效集熱整合，成為高溫?zé)嵩矗脕砉┡蚬?yīng)熱水，常用的有VRV熱泵空調(diào)系統(tǒng)、分體式熱泵空調(diào)機(jī)、大型風(fēng)冷熱泵機(jī)組等。用于寫字樓、圖書館、運(yùn)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(qū)冬季室外氣溫在0℃以下，空氣源熱泵的室外換熱器開始結(jié)霜，而增加除霜裝置和輔助加熱設(shè)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(jì)90年代東北的紡織廠空氣調(diào)節(jié)就采用了深井回灌技術(shù)，對車間進(jìn)行溫、濕度調(diào)節(jié)。地下水源熱泵通常用于電力供應(yīng)充足且地下水資源豐富地區(qū)的賓館、商場、學(xué)校、醫(yī)院、別墅等的空調(diào)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(yīng)充足，有足夠埋管空間地區(qū)的賓館、商場、學(xué)校、辦公樓、學(xué)校等建筑，小型的系統(tǒng)更適合別墅住宅的采暖、空調(diào)。在我國“夏熱冬冷”地區(qū)，冬、夏時間基本相當(dāng)。采用地埋管熱泵全年埋管區(qū)冷、熱負(fù)荷基本平衡，巖土體溫度變化不大。小型的地源熱泵系統(tǒng)適合別墅住宅的空調(diào)和采暖。在寒冷地區(qū)，冬季熱泵運(yùn)行制熱系數(shù)低于1.8，若有集中熱源、氣源時，不宜采用。制熱系數(shù)大于等于2.3時，地埋管地源熱泵才具有冬季供熱的實(shí)用價(jià)值。對于嚴(yán)寒和“夏熱冬暖”地區(qū)，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(shù)。對于采用凍結(jié)法施工的礦井附屬建筑、地鐵的車站等可將廢棄的凍結(jié)管作為地源熱泵的換熱器加以利用。

結(jié)語：

熱源技術(shù)在暖通空調(diào)中的有效應(yīng)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(diào)應(yīng)用過程中，對周邊環(huán)境所帶來的影響。同時，對于熱泵技術(shù)的有效選用還可以降低暖通空調(diào)的成本投入，使建筑工程的功能性得到進(jìn)一步提升，從長遠(yuǎn)的角度出發(fā)，熱泵技術(shù)可以作為暖通空調(diào)的主要能源技術(shù)。

參考文獻(xiàn)：

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