別墅的冷暖系統—空氣源熱泵系統

姚彬

摘 要：本文主要通過對熱泵的含義及空氣源熱泵的工作原理進行介紹，進行優點及缺點分析，提出應對措置，對設備選型計算作以簡單介紹，引出施工和設計時注意的問題

關鍵詞：熱泵；空氣源熱泵；噴氣增焓；除霜技術

1 引言

空氣源熱泵行業適應各方面需求，增長速度日益加快，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，乃至其它領域都發展良好，能夠滿足國家所推行的新能源應用及節能減排的要求

2 熱泵的含義及工作原理介紹

2.1 熱泵的含義

所謂熱泵，就是在逆卡諾循環的原理下，由一部分的電能來驅動，傳熱工質把自然界中的空氣、水、土壤或其它低溫熱源中無法被利用的低品位熱能進行有效的吸收，并將其提升到高品位熱能的設備。

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的四大核心部件（蒸發器、壓縮機、節流閥、冷凝器）進行的。以冬天制熱，為室內提供熱量為例進行介紹，空氣源熱泵系統利用室外換熱設備（蒸發器）吸收室外環境中太陽產生并儲存在空氣中的熱能，通過壓縮機（核心部件）壓縮后進入室內換熱設備（冷凝器）輸送熱量，之后經過節流閥節流降壓，從始至終，不斷地往返工作。

3 空氣源熱泵的優點、缺點

3.1 空氣源熱泵的優點

（1）空氣源熱泵自身不需要通過某些系統進行燃燒，能夠有效的減少碳的排放，適應可持續發展的能源所需；（2）空氣源熱泵適用于別墅、公寓類建筑的安裝，不占用太大的空間，安裝的機組的長、寬、高尺寸較緊湊，安裝的面積小，不用連接很多設備，根據使用需求，可以滿足夏季來制冷，冬季來采暖，還可以滿足生活所需熱水的制取；（3）制熱+地面采暖進行組合，產生的熱量由下向上，熱量散發均勻，使人體感覺舒適，緩解普通的空調送出的暖風所對人體呼吸道產生干燥的影響；（4）空氣源熱泵在夏季制冷時，出風溫度可根據用戶自行調節；17[℃]～23[℃]的出風溫度，會使人體感覺更加舒適；（5）制冷或者制熱方面，空氣源熱泵能夠保持相對較小的溫度差，四季都可以享受到舒適的溫度。

3.2 空氣源熱泵的缺點

（1）在冬季，某些地區的室外的溫度較低，那么系統在工作時，自身的蒸發溫度也會隨之降低，根據壓縮比的關系，若假設冷凝溫度不發生變化，壓縮比將會增大，從而引起壓縮機的排氣溫度升高，這對于壓縮機來說，是極為不利的，壓縮機在嚴重情況下會損壞甚至燒毀（2）在低溫環境下，由于處于室外安裝的蒸發器，其表面會結霜，引起傳熱效果下降，空氣流動的阻力加大，導致熱泵機組的制熱量變少。

4 噴氣增焓與除霜技術介紹

4.1 噴氣增焓空氣源熱泵系統原理

制冷劑通過冷凝器后有兩個通路，一個回路為制冷回路，另一個回路為噴氣回路。制冷的回路中的制冷劑液體直接進入換熱器中，噴氣的回路的制冷劑通過膨脹閥后，經過改變流量、降低壓力的作用后再次進入換熱器中。制冷回路和噴氣回路的制冷劑在板換中進行熱量的交換，制冷的回路的制冷劑通過放出熱量變為過冷液體，通過膨脹閥，降低壓力之后進入到蒸發器中；噴氣回路的制冷劑吸取熱量后變成為氣體，經過核心部件壓縮機的噴射口進入到渦旋壓縮機腔；制冷回路的制冷劑和噴氣回路的制冷劑在壓縮機腔內充分混合后，進行壓縮，之后排出到壓縮機外，最后進入到冷凝器中。

4.2 加熱量的流程

噴氣增焓：是將可以收到進一步的冷卻液體進入到室外的膨脹裝置更多的熱量通過室外盤管進行吸收 ——在冷凝器交換更多的熱量——冷凝溫度升高——壓縮機功率消耗提高——制熱能力升高較多。

4.3 除霜技術

目前常用的除霜方式主要有電熱除霜，逆循環除霜，熱氣旁通和蓄熱除霜方式。

（1）電加熱除霜。通過電，進行加熱，產生的熱量用于化解除霜，在小型的裝置系統上可以廣泛使用，但由于需要耗電進行除霜，在較大型的設備上應用不經濟。

（2）逆循環除霜。通過系統的部件-四通閥，使制冷劑在循環回路中，進行反方向流動，從制熱的狀態變換成為制冷的狀態，從室內吸收熱量后，排放至室外的換熱器，以融化表面結霜，除霜效果較好。但是在此過程中，高壓和低壓的對接過程，對在系統里的各部件易發生沖擊，影響系統可靠性，引起誤除霜或除霜不完全。

（3）熱氣旁通法除霜。設一個旁通管，位置介于蒸發器的入口、壓縮機的出口之間，增加來自旁通管中的熱氣，對蒸發器表面的結霜進行抑制；缺點是由于蒸發器入口溫度提高，會引起熱泵系統制熱量降低。

（4）蓄熱除霜。儲存熱泵高效運行中的剩余熱量，至蓄熱器中，作為除霜時的地位熱源，解決當熱氣化解除霜時，所需的熱量供應不足的問題。

5 空氣源熱泵的選型

以400平方米新建別墅（節能建筑）為例，進行供暖和制熱水所需熱能計算。

5.1 供暖計算依據

大連的氣候屬于溫帶季風氣候兼有海洋性特點，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 供暖所需熱能計算

設計新建別墅為節能建筑，采暖熱負荷按60w每平方計算，則400平方別墅所需熱負荷為60×400÷1000=24kW

5.3 制熱水所需熱能計算

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

5.4 設備的功率配置

制熱水需熱能10.9kW，按照設備每天工作運行8小時計算，每小時所需功率為1.36kW，加上住宅所需熱負荷24kW，兩部分負荷約為26kW。

5.5 設備選型

通過以上計算，如果考慮夏天冷負荷，室外機組選10-15HP，基本可以滿足使用需求。

6 空氣源熱泵在設計及施工時注意的問題

6.1 末端不宜使用暖氣片

家用的空氣源熱泵系統，通常都是由地暖+風機盤管進行搭配，暖氣片由于其熱效率相對較低且會占據一定的使用面積，不建議使用。

6.2 系統盡量加入軟水

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

6.3 加兩通閥的風機盤管

多個房間分別安裝風機盤管后，當僅需某幾個房間工作時，其余不使用的房間在風口處會感覺到有冷風吹出，同時系統的用電量會增加，為避免這種情況發生需在風機盤管的出水口處安裝兩通閥；為降低管道震動、水阻增大、引起噪音等問題，在某些風機盤管處還需增加三通閥。

6.4 所有管路加保溫

熱水循環的供水、回水管道、冷凝水管道都需要進行相應的保溫，防止泄露及熱損失。

6.5 系統主管道要平直

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 結束語

空氣質量日益變差，全國各城市也開始陸續出現霧霾天氣，清潔能源的應用市場在不斷擴大。空氣源熱泵不僅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、農業大棚恒溫等方面也有不俗表現；隨著國家的新能源應用及推廣政策，相信空氣源熱泵將在各個領域發揮其應有的功效。

參考文獻：

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