空氣源熱泵機組能耗分析

孫衛東

文章編號：2095-6835（2016）13-0074-01

摘 要：熱泵技術作為節能新技術，其主要是利用低品位熱源實現能量轉換。空氣源熱泵所借助的低品位熱源為空氣，不僅能給調節對象提供冷熱量，還能給人們提供生活熱水。與常規的空調及熱水系統相比，空氣源熱泵具有明顯的環保、節能和高效等優勢。分析了空氣源熱泵的工作原理、優點及推廣問題，同時以某實際項目為研究對象，結合相關數據，提出了多種改造方案。通過比較、分析得出，空氣源熱泵機組的能耗最低，同時擁有良好的環保、節能效益。

關鍵詞：空氣源熱泵；機組能耗；數據分析；太陽能

中圖分類號：TU822+.1 文獻標識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.13.074

隨著社會經濟的穩定發展，能源問題受到了人們的廣泛關注，特別是近些年，在經濟全球化進程中，各國對能源的依賴性逐步增強，而大部分能源屬于不可再生能源，因此，能源緊缺日漸凸顯。同時，在經濟發展與能源消耗的過程中，全球變暖問題隨之出現，能源枯竭、環境污染等問題制約著社會經濟的發展。在此情況下，為了實現可持續發展的目標，世界各國開始重新審視自身的發展，各國學者也紛紛研究關于能源消耗、能源節約、環境保護等內容。本文探討了新型能源技術，即熱泵技術，分析了其機組的能耗問題，旨在借助空氣源熱泵機組促進能源節約、環境保護與經濟發展等目標的實現。

1 項目概況

空氣源熱泵的優點十分顯著，通過理論研究與實踐探索得出，其應用范圍不斷擴展。當前，空氣源熱能機組的研究重點為其在低溫條件下的應用。本文以東北某項目為研究對象，利用先進的測量儀器對空調建筑的相關參數進行測量，同時觀察機組在冬季的運行情況。

我國屬于大陸性季風氣候，但由于幅員遼闊、地形復雜，且受不同的緯度及地勢的影響，氣候各異。我國東北部屬于寒冷與嚴寒地區，四季分明，晝夜溫差較為明顯；夏季炎熱，降水量較大，春季干旱多風，秋季氣溫適宜，冬季寒冷，降水量較少。東北地區冬季供暖時間較長。其中，12月至次年2月，平均氣溫均在0 ℃以下。為了充分發揮空氣源熱泵的作用，應關注其在冬季運行的條件，特別是室外換熱器表面易結霜的問題。根據我國冬季結霜的情況，可以將結霜區劃分為四類，分別為低溫結霜區、輕霜區、一般結霜區和重霜區。東北地區冬季屬于低溫結霜區與重霜區。

本文以東北某商業中心地帶的辦公寫字樓為研究對象，其中央空調冷熱源為空氣源熱泵冷熱水機組。該機組放置于露天屋頂，同時在屋頂加蓋了輕質結構的房間，主要用于放置循環水泵、集分水器、冬季熱交換器和膨脹水箱等。

2 數據分析

本文對空氣源熱泵機組夏季制冷和冬季制暖的運行情況均進行了觀察，統計了室內的溫度、濕度、氣流速度等參數。在夏季，溫度為24～25 ℃，濕度為60%～65%，氣流速小于或等于0.1 m/s。結合空調設計規范可知，三項調節參數均符合要求。在冬季，溫度為18～19 ℃，濕度為26%～30%.此時的數據未能滿足空調設計規范要求。同時，在運行過程中，室外換熱器出現了結霜問題。

上述數據表明，空氣源熱泵在夏季具有良好的適用性，但在冬季，其運行效果較差，不能滿足室內溫度、濕度和舒適性的要求。造成這種情況的主要原因是在冬季，機組需要反復除霜，難以持續供暖，同時，其熱效率較低。

3 改造方法

通過理論研究與實踐調查可知，空氣源熱泵受地域條件的影響，特別是在冷濕氣候下，其工作效果欠佳。這一情況制約了空氣源熱泵的推廣與發展。為了有效解決空氣源熱泵難以適應低溫工作環境的問題，國內外學者積極研究，提出了一系列解決方案，具體有增設輔助熱源、雙級耦合熱泵系統等。當前，我國主要采用的方法為加裝輔助電加熱器，以此解決低溫環境下系統制熱量不足的問題。該方法滿足了對現有設備的改造需求。在室外氣溫相對較低的情況下，空氣源熱泵制冷效果較差。此時，利用輔助電加熱裝置可以保證空氣源熱泵的出水溫度，進而使空調房間的溫度達到設計標準。但在實際應用過程中，部分地區室外氣溫低的天數較少，空氣源熱泵效率低的時間較短，因此，輔助電加熱器常處于備用狀態。該情況加大了投資成本。為了進一步提高空氣源熱泵機組的經濟性，新的空氣源熱泵研究工作受到了廣泛的關注。通過對現有空氣源熱泵系統的改造，可以提高其熱效率，使其在室外低溫環境下的運行具有更好的安全性和經濟性，從而使機組的節能減排效果更加顯著。

通過對項目及相關數據的分析，為了滿足項目的實際需求，使空氣源熱泵適應寒冷地區的使用特點，我們提出了兩種解決方案，即利用水源-空氣源熱泵復合系統和太陽能輔助空氣源熱泵系統，旨在借助兩種自然資源進一步提高空氣源熱泵的經濟性。

水源熱泵的低溫介質與供熱來源均為水。此時的水源主要為地表水，比如河流、地下水、工業廢水等。在夏季，空調機組由水來冷卻，帶走其排放的熱量；在冬季，熱泵機組從水中吸熱，并將熱量傳輸到室內供熱。水源熱泵系統作為空調系統，具有高效性、安全性、穩定性、可靠性等特點，同時其節能、環保等優勢也較為顯著。水源-空氣源熱泵復合系統是由壓縮機、蒸發器、熱力膨脹閥、電磁閥等構成的，改造后的系統除霜時間短，除霜和供熱效果好，機組運行的穩定性和經濟性均有所提升。

太陽能作為清潔能源，其最為明顯的特點為環保、可再生和品位低。太陽能熱水系統作為經濟、綠色系統，將其與空氣源熱泵系統相結合，利于二者優勢的充分發揮。太陽能輔助空氣源熱泵系統主要是由兩部分構成的，分別為太陽能集熱和蓄熱部分、太陽能輔助空氣源熱泵部分。改造后的系統集熱效率高、經濟性顯著，因此，適宜廣泛應用與推廣。

4 總結

綜上所述，隨著能源危機、環境污染等問題的日漸凸顯，節能與環保受到了人們的廣泛關注。本文探討了空氣源熱泵機組的能耗，介紹了其工作原理及優勢。為了解決其推廣問題，結合相關項目，提出了改造方案。相信，通過技術創新，空氣源熱泵的應用成效將更加顯著。

參考文獻

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〔編輯：劉曉芳〕