超低環(huán)溫空氣源熱泵在高寒地區(qū)建筑供暖中的應(yīng)用研究

齊明 新疆鑫邦房地產(chǎn)開發(fā)有限公司

一、超低環(huán)溫空氣源熱泵原理及性能

在不同的供熱方式中，空調(diào)和一般的供熱設(shè)備不僅會消耗較多的能源，還會對環(huán)境造成較大的破壞。高寒地區(qū)如果使用普通燃煤鍋爐的供熱方式，不僅會帶來環(huán)境污染的問題，而且很難體現(xiàn)出經(jīng)濟效益，實際供暖效果難以提升。

采用煤改電鍋爐供暖的方式，由于電能消耗太大，費用過大，很多用戶難以承受。使用超低環(huán)溫空氣源熱泵方式供熱，實際的供熱效果更好，不會對環(huán)境產(chǎn)生較大的破壞，屬于可持續(xù)發(fā)展技術(shù)。采用這種技術(shù)時，實際的熱源來自空氣，也就是通過壓縮空氣和吸收其中的熱量，經(jīng)過一定的媒介傳遞，對水箱中的水加熱處理，實現(xiàn)空氣中熱源的傳遞，實現(xiàn)供暖。在不斷的技術(shù)創(chuàng)新和完善中，超低環(huán)溫空氣源熱泵有效提升了對空氣熱源的吸收，供暖的效果也獲得了較大的提升。

空氣源熱泵主要由蒸發(fā)器、壓縮機、冷凝器、儲液罐、過濾器、膨脹閥組成。超低環(huán)溫空氣源熱泵在工作時主要依據(jù)以下原理[1]。

在使用過程中，液態(tài)工質(zhì)在蒸發(fā)器內(nèi)吸收空氣中的熱量而蒸發(fā)形成蒸汽（汽化），然后經(jīng)壓縮機壓縮成高溫高壓氣體，進入冷凝器內(nèi)冷凝成液態(tài)（液化）把吸收的熱量傳遞給需要加熱的水中，液態(tài)工質(zhì)經(jīng)膨脹閥降壓膨脹后，回到蒸發(fā)器內(nèi)重新吸收熱量并蒸發(fā)，如此往復(fù)不斷吸收空氣中的熱量而輸出加熱暖氣管道的水達到預(yù)設(shè)的溫度。

空氣源熱泵實現(xiàn)了空氣中熱源的有效吸收和利用，能夠?qū)崿F(xiàn)供暖。在高寒地區(qū)超低環(huán)溫下，由于蒸發(fā)溫度過低，引起蒸發(fā)量少，導(dǎo)致壓縮機回氣量少，影響冷凝放熱，因此，超低環(huán)溫空氣源熱泵增加了一條連通壓縮機的噴射支路。

當壓縮機回氣量不夠時，噴射支路會給壓縮機補氣使冷凝器的放熱量提高，它在極低的環(huán)境溫度下仍能制熱，也可以采取二次空氣源加熱或太陽能輔助空氣加熱，滿足高寒地區(qū)人們的采暖需求[2]。

在這樣的運行原理中，最重要的是熱泵的使用。熱泵主要由壓縮機、冷凝器、節(jié)流元件、蒸發(fā)器組成，這幾個部件之間會形成閉環(huán)，屬于一個封閉的系統(tǒng)。在超低環(huán)溫空氣源熱泵系統(tǒng)中，要實現(xiàn)對空氣中熱能的吸收和利用，就需要使用制冷劑。制冷劑的主要作用就是在系統(tǒng)中經(jīng)過壓縮、冷凝、膨脹和蒸發(fā)四個過程的不斷循環(huán)，實現(xiàn)在低溫環(huán)境中吸收空氣熱量，加工使用，進而釋放熱量。

在這個系統(tǒng)中，實際的性能如何，也就會直接影響供暖的效果。要保障供暖的穩(wěn)定和實際的效果，就需要重視對相關(guān)系統(tǒng)的運行，進行管理和控制，提升超低環(huán)溫空氣源熱泵的運行效益[3]。

二、超低環(huán)溫空氣源熱泵在高寒地區(qū)建筑供暖中應(yīng)用的優(yōu)勢

高寒地區(qū)的建筑供暖比其他地區(qū)的供暖需求更高，主要是因為高寒地區(qū)的溫度更低，在供暖過程中，如果使用一般的技術(shù)和設(shè)施，將難以達到較好的供暖效果，會造成較大的能源消耗。

為滿足建筑的供暖需求，提高人們的生活水平，就需要使用超低環(huán)溫空氣源熱泵這樣的設(shè)備。也只有這樣的設(shè)備才能有效滿足高寒地區(qū)的采暖需要，由于普通的空氣源熱泵在使用過程中難以滿足高寒地區(qū)的供暖要求，其供暖的能力較低，使用超低環(huán)溫空氣源熱泵能夠很好地解決普通空氣源熱泵供暖不良的問題，提升供暖水平，更好地滿足高寒地區(qū)民眾的采暖需求，促進高寒地區(qū)的經(jīng)濟發(fā)展和社會進步。

從上述相關(guān)超低環(huán)溫空氣源熱泵的運行原理和性能方面可以發(fā)現(xiàn)，其在實際使用過程中是在一定的封閉系統(tǒng)中閉環(huán)運行的，具有實用性、經(jīng)濟性、環(huán)保性的優(yōu)點。

（一）實用性優(yōu)勢

在高寒地區(qū)，供暖方式一般有空調(diào)、熱風(fēng)、地板輻射采暖及散熱器采暖等，不同的供暖方式都能夠達到一定的供暖效果，但不同之處在于是否實用。使用普通空調(diào)采暖，需要達到一定的溫度才能使房間內(nèi)的溫度升高；如果空調(diào)供暖能力不足，則難以達到較好的供暖效果。使用熱風(fēng)和散熱器的方式供暖需要更大的能耗，在使用過程中還存在一定的危險，危險水平隨著能耗提升和使用頻率的增加而提高。

在此情況下，使用超低環(huán)溫空氣源熱泵就能更好地展現(xiàn)其獨特的實用性價值，主要在于超低環(huán)溫空氣源熱泵的使用過程中，無須與普通的空調(diào)和散熱器一樣消耗較多的能源，使用過程更加安全和穩(wěn)定，這樣也就有效保障了使用方面的安全，具有很高的實用性。

（二）經(jīng)濟性優(yōu)勢

對于熱泵的熱源使用而言，有以下幾種方式：一是土壤熱源；二是水熱源；三是空氣熱源。在這三種常見的熱源中，空氣熱源屬于最為經(jīng)濟的一種，在使用過程中經(jīng)濟優(yōu)勢非常明顯，在安裝和維修相關(guān)設(shè)備時更能體現(xiàn)其經(jīng)濟優(yōu)勢。

無論利用哪種形式的熱源，都需要壓縮器和換熱器等部件和設(shè)備，水熱源和土壤熱源的獲取和利用中需要將一部分設(shè)備裝在地下，安裝和后期維護的成本都會提升，相關(guān)難度也更大。使用空氣源熱泵，所有大型部件和設(shè)施都在地上，因此安裝和后續(xù)的維修維護都更加方便。此外，每平方米的使用成本中，空氣源熱泵更少，具有明顯的經(jīng)濟優(yōu)勢。

（三）環(huán)保性優(yōu)勢

以上三種熱源中，空氣熱源的環(huán)保性優(yōu)勢更加明顯。因為使用的熱源主要來自空氣，因此無論對空氣的獲取、利用還是釋放，都不會對空氣造成較大污染，環(huán)保優(yōu)勢比較明顯。

在具體使用過程中，其較之土壤熱源熱泵和水熱源熱泵也更能體現(xiàn)環(huán)保優(yōu)勢。土壤熱源和水熱源在使用過程中會對土壤和地下水產(chǎn)生一定的影響，而空氣源不會對空氣產(chǎn)生污染和破壞，只是獲取其中的熱量，因此更加環(huán)保和穩(wěn)定。

三、超低環(huán)溫空氣源熱泵在高寒地區(qū)建筑供暖中的具體應(yīng)用

對于超低環(huán)溫空氣源熱泵的實際使用而言，需要重視分析使用環(huán)境，這樣可以根據(jù)環(huán)境特點和實際使用需求合理設(shè)置超低環(huán)溫空氣源熱泵，達到更好的使用效果。超低環(huán)溫空氣源熱泵與普通的供暖設(shè)備存在較大的不同，在使用過程中，要重視其產(chǎn)生的價值和效益，進行合理的維護和管理，保證其穩(wěn)定的使用。

從現(xiàn)實情況看，超低環(huán)溫空氣源熱泵在高寒地區(qū)中的適用范圍有待擴大，主要是因為這種裝置的安裝和使用過程需要一定的成本投入，還包括相關(guān)技術(shù)投入與資源投入，需要多方面的有力支持才能使這種設(shè)備獲得有效的推廣和應(yīng)用，可以為高寒地區(qū)的建筑采暖提供更大的保障和支持。

（一）項目概況

超低環(huán)溫空氣源熱泵更加適用于我國西北部的高寒地區(qū)，因此根據(jù)其實際使用特點和環(huán)境，選擇我國西北部新疆阿勒泰地區(qū)項目。該地區(qū)冬季溫度最低可達-31℃。該地區(qū)某小區(qū)在建筑外墻部位做好了外墻保溫措施，這樣可以有效保障建筑溫度穩(wěn)定。在這一項目的具體實施過程中，項目要求冬季采暖溫度不低于18℃。

因此，需要據(jù)此安裝和設(shè)置超低環(huán)溫空氣源熱泵，滿足具體的采暖需求。實際上，在高寒地區(qū)中，不同的區(qū)域會存在不同的低溫表現(xiàn)，高寒地區(qū)中的溫差較大，實際需要安裝和設(shè)置的超低環(huán)溫空氣源熱泵的規(guī)格和相關(guān)設(shè)備大小也不同。根據(jù)實際情況設(shè)置合適的裝置，更能達到良好的供暖效果，進一步節(jié)約電能，提升效益[4]。

（二）熱源比選

由于高寒地區(qū)一般較為偏遠，在供暖過程中，市政供暖往往難以覆蓋。在具體選擇的項目中，該項目未接入天然氣，因此無法使用燃氣鍋爐。在這樣的情況下，使用其他方式，例如燃煤鍋爐、電鍋爐也不可行，主要是因為國家對此有相關(guān)的規(guī)定和要求，再就是環(huán)保和經(jīng)濟方面的現(xiàn)實情況，不適合使用這些取暖方式。可以使用的太陽能等清潔能源，也會由于地區(qū)光照的影響而無法有效利用。綜合考慮下，熱泵屬于最優(yōu)選擇。但不同的熱源方式實際產(chǎn)生的效益和供暖效果也會存在較大的不同，不同地區(qū)對于不同熱源的使用也必然會受到環(huán)境的影響。

通過分析各熱源發(fā)現(xiàn)，使用空氣熱源較為可靠和穩(wěn)定，其經(jīng)濟效益和環(huán)保效益更加明顯。因為在高寒地區(qū)，無論在什么地方，空氣的獲取都更為簡單和便捷。只要有空氣的存在，就可以使用空氣源熱泵，合理設(shè)置超低環(huán)溫空氣源熱泵，克服普通空氣源熱泵的缺點和不足，可以達到更好的供暖效果，如表1 所示。

表1 超低環(huán)溫空氣源熱泵與電鍋爐對比

（三）系統(tǒng)設(shè)計

系統(tǒng)的設(shè)計應(yīng)主要考慮供暖范圍中的供暖需求，以此為基礎(chǔ)確定相關(guān)的機組數(shù)量和規(guī)格，以滿足最大供暖載荷為基本要求，這樣可以使得相關(guān)設(shè)施的使用能夠為各區(qū)域提供穩(wěn)定有效的供暖。由于區(qū)域?qū)儆诟吆貐^(qū)，室內(nèi)外的溫差較大，只有合理設(shè)置水箱的位置和循環(huán)設(shè)備的位置，才能有效保障系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。同時，要重視補水和水循環(huán)的控制，否則可能由于室外的溫度過低，導(dǎo)致水循環(huán)停止，可能造成水管凍裂，影響經(jīng)濟效益和使用效益。

（四）效果分析

對于實際使用效果而言，可以與以往的供暖效果對比，進而獲悉超低環(huán)溫空氣源熱泵的使用效益和供暖效果，也可以對比和分析其他高寒地區(qū)的供暖情況，更加清晰地呈現(xiàn)超低環(huán)溫空氣源熱泵的使用效果。

由于高寒地區(qū)不同區(qū)域使用超低環(huán)溫空氣源熱泵可能存在成本差異，在分析效果時，重視供暖效果與穩(wěn)定性的對比非常重要。得出的對比結(jié)果可以為之后的設(shè)備維護和管理，為建設(shè)新的超低環(huán)溫空氣源熱泵系統(tǒng)提供幫助和指導(dǎo)。

從現(xiàn)實情況看，使用超低環(huán)溫空氣源熱泵能夠產(chǎn)生較好的效果，滿足取暖方面的基本需求，更好地解決高寒地區(qū)采暖困難的問題，使得該供暖方式在高寒地區(qū)能夠獲得穩(wěn)定的發(fā)展。

四、結(jié)語

超低環(huán)溫空氣源熱泵屬于現(xiàn)代化社會發(fā)展過程中的創(chuàng)新設(shè)備，能夠有效解決高寒地區(qū)的采暖問題。與普通空氣源熱泵相比，超低環(huán)溫空氣源熱泵具有實用性、經(jīng)濟性、環(huán)保性方面的優(yōu)勢。根據(jù)高寒地區(qū)的建筑采暖需求及環(huán)境特點，合理設(shè)置和使用超低環(huán)溫空氣源熱泵系統(tǒng)，能夠有效提升采暖效果。