提取冷水凝固熱的熱泵系統(tǒng)技術方案

師云濤

（山西省交通科學研究院，太原 030006）

眾所周知，任何熱泵系統(tǒng)熱源在應用過程中都存在一定缺陷，影響熱泵系統(tǒng)的作用效果和節(jié)能水平。這就需要對當前我國各行業(yè)所應用的熱泵系統(tǒng)綜合分析，并按照分析結果制定合理的熱泵系統(tǒng)技術方案。不僅如此，其間還需要分析提取冷水凝固熱裝置的運行狀態(tài)，在解決熱泵系統(tǒng)技術缺陷的同時，確保提取冷水凝固熱技術在熱泵系統(tǒng)中發(fā)揮最大的作用。

1 提取冷水凝固熱的熱泵系統(tǒng)

1.1 系統(tǒng)結構

為保證相關人員全面了解提取冷水凝固熱的熱泵系統(tǒng)，其間就需要對該種熱泵系統(tǒng)實施有效分析，明確系統(tǒng)中各元件的作用效果，并保證各部分元件在熱泵系統(tǒng)中發(fā)揮自身最大的作用。在對提取冷水凝固熱熱泵系統(tǒng)進行深入研究的過程中，人們應明確該系統(tǒng)是由熱泵機組、凝固換熱器、除冰設備、水箱、冷卻塔、若干門閥和水泵組成的。由于該系統(tǒng)涉及的組成結構非常多，其在運行時會經由多個步驟，無形中加大該項熱泵系統(tǒng)在運行中出現(xiàn)問題的可能。基于此，為了充分發(fā)揮熱泵系統(tǒng)的作用和優(yōu)勢，首先就要熟悉熱泵系統(tǒng)的系統(tǒng)結構，并明確各個系統(tǒng)在運行時所采取的方法。對于除冰裝置來說，該裝置在運行時通常采取液-固流化床方法，大量固體在水流的牽引下，會附著在換熱器表面，在冰層破壞、剝離的條件下實現(xiàn)物質除冰的目的。不僅如此，其間還會應用砂粒這種物質，以有效提升除冰裝置作用效果，這對于相關裝置穩(wěn)定運行來說非常重要。

1.2 運行原理

從提取冷水凝固熱的熱泵系統(tǒng)運行的角度來說，該系統(tǒng)運行主要表現(xiàn)在制冰和融冰兩方面。在制冰時，熱泵系統(tǒng)中冷水凝固裝置并沒有向末端系統(tǒng)提供熱量[1]。而在融冰過程中，熱泵系統(tǒng)中冷卻塔能夠有效吸收室外空氣熱量，借以實現(xiàn)融冰的目的。為縮短熱泵系統(tǒng)在運行時投入的時間和能源物質，可以同時進行制冰和融冰工作，有效提升熱泵系統(tǒng)運行效果。水箱中水源在經由水泵抽取的條件下，水源在引射器中會分離出一定數(shù)量的水砂混合物。同時，分離出來的水砂混合物進入換熱器內部，借以實現(xiàn)水源熱傳遞的作用。一般來說，換熱器中存留一定數(shù)量的低溫中間換熱介質，導致水源在換熱器內部會形成一層薄冰，同時釋放出熱量。與此同時，換熱器中所形成的冰層會受到水流的不斷沖擊，繼而產生冰漿。這種冰漿物質在與水砂混合物融合的條件下，會形成冰水砂混合物，有效實現(xiàn)熱泵系統(tǒng)提取冷水的目的。在完成制冰工作后，人們應按照熱泵系統(tǒng)應用范圍和當?shù)刈匀画h(huán)境狀態(tài)開展合理的融冰工作，通過熱泵系統(tǒng)中各部分元件融冰工作，盡可能保證熱泵系統(tǒng)制冰和融冰兩項工作處于循環(huán)狀態(tài)，在換熱器內部中間換熱介質的影響下，實現(xiàn)熱能穩(wěn)定傳輸?shù)哪康模枰员ＷC熱泵機組能夠向系統(tǒng)末端傳遞熱量。在熱泵系統(tǒng)外部濕球溫度發(fā)生變化時，水源在冷卻塔中吸收空氣中熱量的能力也發(fā)生很大的變化。在這種條件下，人們就需要按照熱泵系統(tǒng)在運行中所需要的熱負荷對系統(tǒng)進行凝固潛熱，避免熱泵系統(tǒng)中換熱器過度固化。同時，可以進行調砂閥閉合處理，將提取冷水凝固熱泵轉化成常規(guī)水源熱泵。

2 提取冷水凝固熱的熱泵系統(tǒng)各項技術

提取冷水凝固熱的熱泵系統(tǒng)在運行過程中，會應用多種技術手段，從而提高提取冷水凝固熱的熱泵系統(tǒng)的運行效率和質量，并且可以避免運行時出現(xiàn)的多種問題，確保空調系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定運行。在對提取冷水凝固熱的熱泵系統(tǒng)中有關技術手段進行研究中，人們發(fā)現(xiàn)，各項技術手段與熱泵系統(tǒng)運行穩(wěn)定性之間存在緊密的聯(lián)系，這就需要加深對各項技術的研究力度，以保證相關人員深入了解各項技術手段。

2.1 水箱容量控制

在冬季室外溫度低于0℃的條件下，熱泵系統(tǒng)中冷卻塔結構并不能發(fā)揮融冰效果，導致熱泵系統(tǒng)中融冰流程難以順利開展，這對于熱泵系統(tǒng)作用效果也有很大的影響。在這種條件下，人們就需要按照熱泵系統(tǒng)中冷卻塔結構運行模式提升建筑中供熱負荷量，確保熱泵系統(tǒng)中冷卻塔能夠在熱負荷的驅使下穩(wěn)定運行，為推進熱泵系統(tǒng)中融冰工藝順利開展提供有效參考依據(jù)[2]。不僅如此，在熱泵系統(tǒng)實施融冰工作時，人們還需要將水箱容量控制在規(guī)定范圍內，避免融冰過程中出現(xiàn)水箱容量不達標和水源外溢的現(xiàn)象。

2.2 制冰和除冰工藝

凝固換熱器作為熱泵系統(tǒng)的重要組成部分，保證凝固換熱器運行的穩(wěn)定性，能夠有效提升熱泵系統(tǒng)作用效果。因此，在熱泵系統(tǒng)中凝固換熱器運行時，相關人員要對室外溫度變化趨勢和其他方面因素綜合分析，并按照分析結果和熱泵系統(tǒng)運行模式選取適當?shù)闹票夹g。受熱泵系統(tǒng)運行效果的影響，還可以應用流化床的方式支取符合熱泵系統(tǒng)運行的動態(tài)冰漿并在特定的條件下采取類似的手段對熱泵系統(tǒng)展開除冰工作。為保證熱泵系統(tǒng)中制冰和除冰工藝順利開展，在凝固換熱器管外應添加一定數(shù)量的中間換熱介質，確保管內低溫水流能夠在中間換熱介質的影響下結冰，進一步實現(xiàn)熱泵系統(tǒng)結冰的目的。目前，應用于熱泵系統(tǒng)制冰和除冰工藝中的中間換熱介質有很多，常見的包括氯化鈣溶液、乙醇、乙二醇和甲醇這四種。通過對比分析，人們了解到這四種中間換熱介質的性能參數(shù)和作用效果存在本質上的差異，如表1所示。基于此，人們就需要按照熱泵系統(tǒng)運行狀態(tài)和制冰和除冰工藝要求選取合理的中間換熱介質，確保中間換熱介質在熱泵系統(tǒng)制冰和除冰工藝中發(fā)揮自身最大的作用。與此同時，附著在管內壁的冰層在流態(tài)化除冰裝置的影響下會出現(xiàn)碎冰剝離現(xiàn)象，之后熱泵系統(tǒng)就可以將碎冰和水流合成的冰漿通過換熱器排放出來。從熱泵系統(tǒng)換熱器的角度來說，在選取換熱器時，應保證換熱管束口徑符合相關要求，有效提升各類水源排放水平。除此之外，還應保證熱泵系統(tǒng)換熱器內部水流的暢通性，避免水流所帶動的固體滯留在換熱器內部。

表1 常見的中間換熱介質及其性能參數(shù)

2.3 融冰工藝

對于熱泵系統(tǒng)來說，通常采取冷卻塔裝置進行融冰處理，而且熱泵系統(tǒng)中水箱內部還設有冰水分離隔板，這一裝置能夠保證水泵在短時間內抽取水箱中水源，借以推動冷卻塔裝置運行。在水源引入冷卻塔裝置之后，它會與室外空氣發(fā)生換熱現(xiàn)象，在對低溫液態(tài)水進行加熱處理的過程中，溫度升高的水源會大量聚集在水池底部，之后在重力作用下流回水箱內部，使得空氣中熱量能夠向水箱方向流轉[3]。在對熱泵系統(tǒng)中冷卻塔裝置進行深入分析時，人們了解到應用在熱泵系統(tǒng)中的冷卻塔主要有開式冷卻塔和閉式冷卻塔兩種，這就需要對兩種冷卻塔裝置綜合分析，并按照室外空氣狀態(tài)和氣候變化趨勢選取適當?shù)睦鋮s塔模式，確保冷卻塔裝置在熱泵系統(tǒng)運行中發(fā)最大的作用。對于開式冷卻塔來說，其能夠實現(xiàn)水與空氣相互接觸的目的，有效提升熱泵系統(tǒng)相關設備換熱效率。但是，應用開式冷卻塔進行熱泵系統(tǒng)融冰處理，還會出現(xiàn)水源蒸發(fā)損失的問題，這就需要在熱泵系統(tǒng)運行時投入大量能源物質，從而影響熱泵系統(tǒng)節(jié)能效果。對于閉式冷卻塔來說，水源在換熱管內部穩(wěn)定流動，難以與空氣相接觸。盡管這種冷卻塔裝置能夠從根本上控制熱泵系統(tǒng)出現(xiàn)蒸汽損失現(xiàn)象，但是會導致系統(tǒng)換熱效率下降，對于熱泵系統(tǒng)運行效果也有很大的影響。

3 結語

熱泵系統(tǒng)在建筑暖通空調系統(tǒng)中起到非常重要的作用，為保證熱泵系統(tǒng)作用效果得以彰顯，人們必須綜合分析提取冷水固定熱的熱泵系統(tǒng)運行狀態(tài)和運行原理等，并按照分析結果制定熱泵系統(tǒng)優(yōu)化措施，在提升熱泵系統(tǒng)運行穩(wěn)定性的同時，有效調節(jié)建筑室內溫度，降低暖通空調在運行時的耗能量，為實現(xiàn)暖通空調節(jié)能改造的目的提供有效參考依據(jù)。不僅如此，本文還細致分析水箱容量控制、制冰除冰和融冰等熱泵系統(tǒng)技術，以有效提升熱泵系統(tǒng)運行效率，彰顯該項系統(tǒng)的實用性價值。

[1]鄭記莘.提取冷水凝固熱熱泵系統(tǒng)的研究[D].青島：青島大學，2017.

[2]鄭記莘,吳榮華.提取冷水凝固熱的熱泵系統(tǒng)技術方案[J].暖通空調，2016，46（10）：140-142.

[3]孫德興，張承虎，吳榮華，等.利用冷水凝固熱的熱泵系統(tǒng)與裝置[J].暖通空調，2006，（7）：41-44.