制冷空调低温热泵技术探讨

制冷空调低温热泵技术探讨

史进 王永明

浙江三花智能控制股份有限公司浙江绍兴 312500

摘要：本文在阐述热泵的基本原理下，分析热泵技术的特点，探讨了热泵空调系统设计流程，并提出了制冷空调低温热泵技术的应用方法。

关键词：制冷空调；低温热泵技术

引言

热泵技术本质上作为一种增加热量的装置，热泵能够输送热量，使其从低温环境送至高温区域。热泵技术自身运行时消耗部分能源，有效挖掘环境介质中储存的能量，综合利用温度，降低热泵装置的功耗，使其供热量消耗降至原有的1/3，成为热泵节能应用的关键。热泵与制冷2个程序具有相同原理，其系统设备组成与应用性能具有一致性。

1热泵的基本原理

所谓热泵就是将空调系统中的冷凝器或蒸发器直接埋入地下与大地进行热交换，或者通过水之类的中间介质在封闭环路中的循环流动完成与大地的热交换。与传统的空调相比，热泵的热源来自于多方面，冬天利用热泵提高大地中低位热能，实现建筑的供暖需求，同时冬季还可储存冷量留作夏季应用；夏季则将建筑内热量交换至地下，实现建筑的降温需求，并储存热量留于冬季应用。与制冷机一样，热泵装置也是按照逆卡诺循环工作的，二者的工作温度范围不同。

2热泵技术的特点

热泵技术的运维成本较小，传统燃气、燃料、燃煤3种锅炉，在实际运行期间，原料成本占较大比例，热泵技术中较多应用的能源来自地表水源、土壤源，运行成本较低，大概是普通空调运行成本的1/2。热泵技术在各类加热设备中，占据比例范围为30%~70%，有效节约运行成本，提升能源利用效率，保障运行效率。热泵技术的加热能力，其系数范围取值为[3.5，4.4]，相比传统空气来源，热泵技术的加热能力要增加至少2.5倍，相比燃料锅炉可节约至少1/2的能源。能够同时运行制冷、供暖、热水3个系统，减少多次作业、优化初期投入成本，保障运行安全，保持系统运行的安全性与稳定性，有效控制燃烧产品的排放，降低生态污染。

3热泵空调系统设计流程

3.1工程现场勘查

勘查工程现场。勘查工程现场过程中要了解建筑结构、附属设备、地下公用设施、市政管道位置、地下废弃设施、地表使用面积、地形等内容；勘查建筑项目水文地质，了解靠近地表处的土质情况，垂直式地热交换器则要钻勘探孔。检测地下岩土热物性参数，多项指标均会对土壤换热器的换热性能产生直接影响，如钻孔深度、埋管方式，包括回填工艺等也会影响换热性能。因此为保证准确的检测结果，可制造一个井口测试设备，在恒温、恒流的循环热源环境中连接一个独立的单孔换热器，测量换热器进出水的温度、运行时间及流量等参数，最后再推算出每延米管长换热量及每延米孔深换热量。

3.2建筑物冷热负荷量计算及热泵机组选择

计算建筑物冷热负荷量。初步设计阶段可采用负荷指标估算冷热负荷，全面的负荷计算可在施工图设计阶段进行，此时需详细地计算建筑空间结构、环境温湿度、各种照明设备及建筑内其他设备的发热量、人体散热量、新风所需热量等，最后再选择专用热泵机组。

4制冷空调低温热泵技术的应用方法

4.1太阳能

太阳能具有再生性、总量基数大、应用无节制等优势。太阳能作为新型资源，可融合于暖通空调设计工作中，以此践行环保与节能减排的综合理念。现阶段，太阳能加热系统应用较为广泛，科学设置了运动集热器内在的加热设备，完成了太阳能向热能的转化程序。继而开展热能处理，将热能输送至换热中心位置，将其转化为高温液态水资源，使其供给地板加热系统。借助室内温度，调动太阳能加热能力。在下雨天气时，太阳能获取能力不佳，应采取气体辅助方式，达到能源节约效果，提升人们生活舒适感，改善热水供应的能耗问题，提升人们生活便利性。

4.2污水源

污水源热泵技术，作为暖通空调运行介质时，其应用效果取决于全年污水温度的变化幅度、污水稳定能、热能特性等方面，如若温度变化幅度较小，稳定性与热能特性俱佳，能够为暖通空调提供能源。污水源热泵的运行介质主要是冷热源。借助热泵运行理念，在建筑冷暖系统中增设节能应用设备，以此达成节能减排的运行效果，缓解现阶段的资源紧张、能源稀缺等问题，提升人们舒适度。

4.3能源塔热泵

能源塔（也称热源塔）热泵技术是通过能源塔的换热和热泵机组的作用，以空气为热源，通过塔体与空气之间的能量交换，实现供冷、供暖、供热水的功能。在冬季，因该系统所用载体介质的凝固温度低于0℃，所以能够在环境温度低于０℃时有效提取空气中的热能，实现制热；在夏季，能源塔可以作为冷却塔，高效地将热量排到空气中，进而实现制冷。能源塔热泵系统是一种新型的单一热源热泵系统，近年来在南方地区大型建筑中应用比较广泛，不受自然环境因素的限制。在节能减排方面，能源塔热泵可实现一机多用，夏季作为冷却塔而冬季作为吸热塔，可满足全年的冷热负荷需求，并且还能提供热水，特别是在夏季可以回收建筑余热，用以加热生活用水，充分利用余热的同时也提高了机组的效率。

4.4地源

地源热泵技术，其应用功能为制冷与供暖，其运行优势为耗能较低、经济实惠。相比传统气源热泵技术，其应用程序是利用土壤温度来完成加热与冷却，减少了对地表与地下水资源产生负面影响。散热与采热操作，尚不具备环境影响作用。秋冬时节，地源热泵技术经由变流器完成了地下热量向地面的传输过程，提升了加热效果。与此同时，此技术有效调整了地面管道及其周边的温度，延长了管道的应用周期。在夏季，地源热泵技术有效调节了地面热量，适时调整了地下管道周边的温度，使地面温度获得了降低，达到制冷效果。

4.5冷热电三联供（CCHP）和热泵的复合

CCHP由发电和余热回收两大系统组成，以天然气作为主要燃料带动微燃机、内燃机或燃气轮机等发电设备，产生电能供应用户，系统发电后排出的低品位余热通过余热回收系统向用户端供热、冷，产生的电能还可以通过并网实现能源互补。CCHP具有节能环保、综合用能效率高、经济收益好等优点。但在实际应用中，也存在由于实际负荷动态变化而导致系统能量梯级利用优势被削弱等问题。CCHP和热泵复合是将燃气冷热电三联供技术与热泵技术相结合，实现多能源供应模式，可提升系统的经济性与灵活性，充分发挥不同热源的优势，进一步提升一次能源的利用效率。在节能方面，司鹏飞通过分析长江流域的案例，认为CCHP和水源热泵复合系统可以更加充分地发挥冷热电三联供的能量梯级利用优势。俞春尧以上海某区域能源项目为例进行了计算分析，结果表明在冬季供热中CCHP和水源热泵复合系统相比单一CCHP而言，一次能源的综合利用率从75.1％增加到78.0％，天然气的一次能源梯级利用比例从57.6％增加到100％。石利军等人对重庆某CCHP和水源热泵复合供能系统进行了综合分析，实验结果表明该系统一次能源综合利用率为8203％，制冷犆犗犘为3.85，制热犆犗犘为3.97。

结束语

热泵空调系统既可实现传统空调系统的制冷制热功能，剩余的能量还可为人们提供生活热水，能取代传统的锅炉系统，真正实现了一机多用的目的。除此之外，热泵空调系统的绿色节能特性十分突出，大地、自然是主要能源提供者，系统运行过程中不会排放废水、废渣，实现了较高的生态效益及经济效益，是目前对保护环境较有效的暖通空调系统。

参考文献

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