別墅的冷暖系統(tǒng)—空氣源熱泵系統(tǒng)

姚彬

摘 要：本文主要通過(guò)對(duì)熱泵的含義及空氣源熱泵的工作原理進(jìn)行介紹，進(jìn)行優(yōu)點(diǎn)及缺點(diǎn)分析，提出應(yīng)對(duì)措置，對(duì)設(shè)備選型計(jì)算作以簡(jiǎn)單介紹，引出施工和設(shè)計(jì)時(shí)注意的問(wèn)題

關(guān)鍵詞：熱泵；空氣源熱泵；噴氣增焓；除霜技術(shù)

1 引言

空氣源熱泵行業(yè)適應(yīng)各方面需求，增長(zhǎng)速度日益加快，在生活所需熱水的制取方面、冬季的采暖方面，夏季的制冷方面，乃至其它領(lǐng)域都發(fā)展良好，能夠滿足國(guó)家所推行的新能源應(yīng)用及節(jié)能減排的要求

2 熱泵的含義及工作原理介紹

2.1 熱泵的含義

所謂熱泵，就是在逆卡諾循環(huán)的原理下，由一部分的電能來(lái)驅(qū)動(dòng)，傳熱工質(zhì)把自然界中的空氣、水、土壤或其它低溫?zé)嵩粗袩o(wú)法被利用的低品位熱能進(jìn)行有效的吸收，并將其提升到高品位熱能的設(shè)備。

2.2 空氣源熱泵的工作原理

空氣源熱泵的工作原理主要就是圍繞著制冷行業(yè)的四大核心部件（蒸發(fā)器、壓縮機(jī)、節(jié)流閥、冷凝器）進(jìn)行的。以冬天制熱，為室內(nèi)提供熱量為例進(jìn)行介紹，空氣源熱泵系統(tǒng)利用室外換熱設(shè)備（蒸發(fā)器）吸收室外環(huán)境中太陽(yáng)產(chǎn)生并儲(chǔ)存在空氣中的熱能，通過(guò)壓縮機(jī)（核心部件）壓縮后進(jìn)入室內(nèi)換熱設(shè)備（冷凝器）輸送熱量，之后經(jīng)過(guò)節(jié)流閥節(jié)流降壓，從始至終，不斷地往返工作。

3 空氣源熱泵的優(yōu)點(diǎn)、缺點(diǎn)

3.1 空氣源熱泵的優(yōu)點(diǎn)

（1）空氣源熱泵自身不需要通過(guò)某些系統(tǒng)進(jìn)行燃燒，能夠有效的減少碳的排放，適應(yīng)可持續(xù)發(fā)展的能源所需；（2）空氣源熱泵適用于別墅、公寓類(lèi)建筑的安裝，不占用太大的空間，安裝的機(jī)組的長(zhǎng)、寬、高尺寸較緊湊，安裝的面積小，不用連接很多設(shè)備，根據(jù)使用需求，可以滿足夏季來(lái)制冷，冬季來(lái)采暖，還可以滿足生活所需熱水的制?。唬?）制熱+地面采暖進(jìn)行組合，產(chǎn)生的熱量由下向上，熱量散發(fā)均勻，使人體感覺(jué)舒適，緩解普通的空調(diào)送出的暖風(fēng)所對(duì)人體呼吸道產(chǎn)生干燥的影響；（4）空氣源熱泵在夏季制冷時(shí)，出風(fēng)溫度可根據(jù)用戶自行調(diào)節(jié)；17[℃]～23[℃]的出風(fēng)溫度，會(huì)使人體感覺(jué)更加舒適；（5）制冷或者制熱方面，空氣源熱泵能夠保持相對(duì)較小的溫度差，四季都可以享受到舒適的溫度。

3.2 空氣源熱泵的缺點(diǎn)

（1）在冬季，某些地區(qū)的室外的溫度較低，那么系統(tǒng)在工作時(shí)，自身的蒸發(fā)溫度也會(huì)隨之降低，根據(jù)壓縮比的關(guān)系，若假設(shè)冷凝溫度不發(fā)生變化，壓縮比將會(huì)增大，從而引起壓縮機(jī)的排氣溫度升高，這對(duì)于壓縮機(jī)來(lái)說(shuō)，是極為不利的，壓縮機(jī)在嚴(yán)重情況下會(huì)損壞甚至燒毀（2）在低溫環(huán)境下，由于處于室外安裝的蒸發(fā)器，其表面會(huì)結(jié)霜，引起傳熱效果下降，空氣流動(dòng)的阻力加大，導(dǎo)致熱泵機(jī)組的制熱量變少。

4 噴氣增焓與除霜技術(shù)介紹

4.1 噴氣增焓空氣源熱泵系統(tǒng)原理

制冷劑通過(guò)冷凝器后有兩個(gè)通路，一個(gè)回路為制冷回路，另一個(gè)回路為噴氣回路。制冷的回路中的制冷劑液體直接進(jìn)入換熱器中，噴氣的回路的制冷劑通過(guò)膨脹閥后，經(jīng)過(guò)改變流量、降低壓力的作用后再次進(jìn)入換熱器中。制冷回路和噴氣回路的制冷劑在板換中進(jìn)行熱量的交換，制冷的回路的制冷劑通過(guò)放出熱量變?yōu)檫^(guò)冷液體，通過(guò)膨脹閥，降低壓力之后進(jìn)入到蒸發(fā)器中；噴氣回路的制冷劑吸取熱量后變成為氣體，經(jīng)過(guò)核心部件壓縮機(jī)的噴射口進(jìn)入到渦旋壓縮機(jī)腔；制冷回路的制冷劑和噴氣回路的制冷劑在壓縮機(jī)腔內(nèi)充分混合后，進(jìn)行壓縮，之后排出到壓縮機(jī)外，最后進(jìn)入到冷凝器中。

4.2 加熱量的流程

噴氣增焓：是將可以收到進(jìn)一步的冷卻液體進(jìn)入到室外的膨脹裝置更多的熱量通過(guò)室外盤(pán)管進(jìn)行吸收 ——在冷凝器交換更多的熱量——冷凝溫度升高——壓縮機(jī)功率消耗提高——制熱能力升高較多。

4.3 除霜技術(shù)

目前常用的除霜方式主要有電熱除霜，逆循環(huán)除霜，熱氣旁通和蓄熱除霜方式。

（1）電加熱除霜。通過(guò)電，進(jìn)行加熱，產(chǎn)生的熱量用于化解除霜，在小型的裝置系統(tǒng)上可以廣泛使用，但由于需要耗電進(jìn)行除霜，在較大型的設(shè)備上應(yīng)用不經(jīng)濟(jì)。

（2）逆循環(huán)除霜。通過(guò)系統(tǒng)的部件-四通閥，使制冷劑在循環(huán)回路中，進(jìn)行反方向流動(dòng)，從制熱的狀態(tài)變換成為制冷的狀態(tài)，從室內(nèi)吸收熱量后，排放至室外的換熱器，以融化表面結(jié)霜，除霜效果較好。但是在此過(guò)程中，高壓和低壓的對(duì)接過(guò)程，對(duì)在系統(tǒng)里的各部件易發(fā)生沖擊，影響系統(tǒng)可靠性，引起誤除霜或除霜不完全。

（3）熱氣旁通法除霜。設(shè)一個(gè)旁通管，位置介于蒸發(fā)器的入口、壓縮機(jī)的出口之間，增加來(lái)自旁通管中的熱氣，對(duì)蒸發(fā)器表面的結(jié)霜進(jìn)行抑制；缺點(diǎn)是由于蒸發(fā)器入口溫度提高，會(huì)引起熱泵系統(tǒng)制熱量降低。

（4）蓄熱除霜。儲(chǔ)存熱泵高效運(yùn)行中的剩余熱量，至蓄熱器中，作為除霜時(shí)的地位熱源，解決當(dāng)熱氣化解除霜時(shí)，所需的熱量供應(yīng)不足的問(wèn)題。

5 空氣源熱泵的選型

以400平方米新建別墅（節(jié)能建筑）為例，進(jìn)行供暖和制熱水所需熱能計(jì)算。

5.1 供暖計(jì)算依據(jù)

大連的氣候?qū)儆跍貛Ъ撅L(fēng)氣候兼有海洋性特點(diǎn)，年平均氣溫大概在8[℃]～11[℃]左右，夏季最高氣溫大概在30[℃]～35[℃]左右；冬季最低氣溫大概在-15[℃]左右

5.2 供暖所需熱能計(jì)算

設(shè)計(jì)新建別墅為節(jié)能建筑，采暖熱負(fù)荷按60w每平方計(jì)算，則400平方別墅所需熱負(fù)荷為60×400÷1000=24kW

5.3 制熱水所需熱能計(jì)算

考慮別墅常住4人，每人每天平均需55度熱水50升，按照冷天平均進(jìn)水溫度8度計(jì)算最大所需熱能，則4×50×（55-8）×1.163÷1000=10.9kW

5.4 設(shè)備的功率配置

制熱水需熱能10.9kW，按照設(shè)備每天工作運(yùn)行8小時(shí)計(jì)算，每小時(shí)所需功率為1.36kW，加上住宅所需熱負(fù)荷24kW，兩部分負(fù)荷約為26kW。

5.5 設(shè)備選型

通過(guò)以上計(jì)算，如果考慮夏天冷負(fù)荷，室外機(jī)組選10-15HP，基本可以滿足使用需求。

6 空氣源熱泵在設(shè)計(jì)及施工時(shí)注意的問(wèn)題

6.1 末端不宜使用暖氣片

家用的空氣源熱泵系統(tǒng)，通常都是由地暖+風(fēng)機(jī)盤(pán)管進(jìn)行搭配，暖氣片由于其熱效率相對(duì)較低且會(huì)占據(jù)一定的使用面積，不建議使用。

6.2 系統(tǒng)盡量加入軟水

由于水中富含各種堿性的離子物質(zhì)，例如Ca、Me等，容易引起安裝管道和相關(guān)閥門(mén)部件的阻塞，影響使用效果；在不經(jīng)常使用地暖或者夜晚出現(xiàn)停電較長(zhǎng)的情況，可以加一些防凍液、酒精到系統(tǒng)中，可以防止因溫度在冬季急劇下降而使管道凍裂。

6.3 加兩通閥的風(fēng)機(jī)盤(pán)管

多個(gè)房間分別安裝風(fēng)機(jī)盤(pán)管后，當(dāng)僅需某幾個(gè)房間工作時(shí)，其余不使用的房間在風(fēng)口處會(huì)感覺(jué)到有冷風(fēng)吹出，同時(shí)系統(tǒng)的用電量會(huì)增加，為避免這種情況發(fā)生需在風(fēng)機(jī)盤(pán)管的出水口處安裝兩通閥；為降低管道震動(dòng)、水阻增大、引起噪音等問(wèn)題，在某些風(fēng)機(jī)盤(pán)管處還需增加三通閥。

6.4 所有管路加保溫

熱水循環(huán)的供水、回水管道、冷凝水管道都需要進(jìn)行相應(yīng)的保溫，防止泄露及熱損失。

6.5 系統(tǒng)主管道要平直

供水管在施工中需要向上傾斜，回水管需要向下傾斜，以便于積存于管道里空氣的排放。

7 結(jié)束語(yǔ)

空氣質(zhì)量日益變差，全國(guó)各城市也開(kāi)始陸續(xù)出現(xiàn)霧霾天氣，清潔能源的應(yīng)用市場(chǎng)在不斷擴(kuò)大?？諝庠礋岜貌粌H可以滿足四季提供生活熱水的需求、夏天制冷的需求、冬季采暖的需求，而且在畜牧業(yè)、農(nóng)業(yè)大棚恒溫等方面也有不俗表現(xiàn)；隨著國(guó)家的新能源應(yīng)用及推廣政策，相信空氣源熱泵將在各個(gè)領(lǐng)域發(fā)揮其應(yīng)有的功效。

參考文獻(xiàn)：

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