热泵技术应用于暖通空调的选择路径

张继坤

摘要：我国现阶段正面临能源枯竭的紧张局势，而暖通空调的应用和采暖工程中所消耗的能源量占据整体建筑物的80%以上。同时，暖通空调和采暖工程，在发展的过程中还会形成大量的烟气排放，对周边环境带来严重影响。面对这种发展局面，必须采用先进的技术对原有的供暖结构进行改善，降低对能源的使用量。同时，减少大气排放。而热泵技术在暖通工程中的应用，可以有效替代原有的燃烧能源，利用空气源热泵、地源热泵、地下水源热泵以及地理管热泵等来达到暖通空调的供暖需求，从而改善我国的能源紧缺问题和环境问题。

关键词：热泵技术；暖通空调；选择路径

在我国城市化建设进程不断推进的基础上，城市建设的面积在逐渐增大，这也对供暖系统提出了较高的要求。暖通空调的使用量在不断增加，这必定会造成大量的能源消耗。同时，供暖过程中还开会产生大量污染气体，对周边环境形成严重影响。要想改变这种发展局面，就必须要采用新能源技术来代替原有的燃烧能源，降低暖通工程对环境所带来的影响问题。为此，我们针对热泵技术在暖通空调中的应用进行研究具有极为重要的意义。

一、热泵系统的基本原理及特点

1、空气源热泵

（1）空气源热泵的工作原理。空气源热泵的应用指的就是，通过改变制冷剂的流动方向来置换室内外的空气，从而达到调整室内温度的重要作用。实际上就是利用电力驱动压缩机，实现对室内外空气的有效置换。在夏季进行室内吸热操作将其排放在室外，而在冬季供暖期间，则是从室外吸热向室内排放，从而达到室内供暖的效果。

（2）空气源热泵的特点。空气源热泵的主要优势表现在节能方面、适用性能方面和安全性方面。然而，根据不同地区的气候差异，空气源热泵所发挥的制冷和供暖性能也会存在一定的不同。对于北方地区室外温度较低的情况下，室外所安装的换热器会在降温的作用下产生结霜反应，而系统在运行的过程中，还需要提供一定的能耗用于除霜，这必定会增加热泵的能源消耗量。同时，对换热器的使用性能也会产生一定影响。而对于南方地区来说，室外温度较高的情况下，空气源热泵的应用性能优势得以全面发挥。由此可见，空气源热泵较为适宜应用到南方气温较高地区。

2、地源热泵

（1）地下水源热泵的工作原理。地下水的水温常年保持不變，一般比当地平均气温高几度。我国东北地区地下水温约在4℃～14℃；华北地区的地下水温约为15℃～19℃。由于地下水温恒定，与地面空气温度相比，夏季温度较低，冬季温度较高。地下水源热泵系统就是深井回灌水源热泵系统。通过抽水井群将地下水抽出，通过水源热泵机组，提取或释放热量后，由回灌井群回灌地下。

（2）地下水源热泵的特点。地下水源热泵开发周期短、技术难度低，适用地下水较丰富的地区。它是靠大量集中抽取地下水，换热后回灌于地下。过度抽取会引起地面沉降；回灌过程处理不好，会污染地下水；地下水资源作为战略物资，要取得开采权，要限制定量开采，合理利用；需要打试验井来确定地下含水层和取水层，确定出水量和回灌量，进而确定井群数；水源井区域占地面积较大，且需专人管理。

3、地埋管地源热泵

（1）地埋管地源热泵的工作原理。地埋管热泵又叫土壤源地源热泵。它是利用地球表面浅层岩土体中储存的低品位地热资源作为冷热源，采用水平或垂直地埋管系统作为换热器。通过热泵机组提升为高品位能，对建筑供、制冷或提供热水。

（2）地埋管地源热泵的特点。地下浅层的岩土层可吸收太阳能，温度比较移稳定，热容量大，蓄热性能力较好，冬季从岩土体中取出热量，可在夏季得到一定的补偿。地埋管地源热泵不需要风机，冬季不用除霜。不受地下、地表水资源的限制，避开了回灌，也避免了地下水的污染、管道腐蚀。系统洁净。只需有足够的埋管空间。地温资源分布丰富，温度稳定，热泵能效比高、安全可靠，使用范围广，运行费用低，环保无污染，一机多用。但它应用也存在问题：水平埋管占地面积较大，埋管较浅，受地面温度波动大；土壤导热性能差，使得取热困难，一般土壤换热器的换热量为20W/M。在干燥地区更低。垂直埋管钻井费用较高，特别是坚硬地质区。选用设计前需打测试孔对岩土的热物性进行测试。

二、热泵技术应用在暖通空调中的选择

1、空气源热泵的选择

空气源热泵是以空气作为低温热源，经热泵机组压缩机的作功完成高效集热整合，成为高温热源，用来供暖或供应热水，常用的有VRV热泵空调系统、分体式热泵空调机、大型风冷热泵机组等。用于写字楼、图书馆、运动场馆、影剧院等公共场所所。其与太阳能配合使用，用于浴池、游泳池的水加热。但对于北方地区冬季室外气温在0℃以下，空气源热泵的室外换热器开始结霜，而增加除霜装置和辅助加热设备，使能效比降低。在寒冷地带空气源热泵基本无法使用。

2、地下水源热泵的选择

地下水源热泵是通常所说的深井回灌式水源热泵。早在上世纪90年代东北的纺织厂空气调节就采用了深井回灌技术，对车间进行温、湿度调节。地下水源热泵通常用于电力供应充足且地下水资源丰富地区的宾馆、商场、学校、医院、别墅等的空调和采暖。

3、地埋管地源热泵的选择

地埋管地源热泵通常用于电力供应充足，有足够埋管空间地区的宾馆、商场、学校、办公楼、学校等建筑，小型的系统更适合别墅住宅的采暖、空调。在我国“夏热冬冷”地区，冬、夏时间基本相当。采用地埋管热泵全年埋管区冷、热负荷基本平衡，岩土体温度变化不大。小型的地源热泵系统适合别墅住宅的空调和采暖。在寒冷地区，冬季热泵运行制热系数低于1.8，若有集中热源、气源时，不宜采用。制热系数大于等于2.3时，地埋管地源热泵才具有冬季供热的实用价值。对于严寒和“夏热冬暖”地区，岩土体温度变化较大，岩土层冷热难以平衡，不适合使用该热泵技术。对于采用冻结法施工的矿井附属建筑、地铁的车站等可将废弃的冻结管作为地源热泵的换热器加以利用。

结语：

热源技术在暖通空调中的有效应用，不仅可以降低建筑能耗，改善我国的能源紧缺问题，还可以有效降低暖通空调应用过程中，对周边环境所带来的影响。同时，对于热泵技术的有效选用还可以降低暖通空调的成本投入，使建筑工程的功能性得到进一步提升，从长远的角度出发，热泵技术可以作为暖通空调的主要能源技术。

参考文献：

[1]赵磊，张静.地源热泵技术在暖通空调中的应用[J].城市建设理论研究：电子版，2014（16）；

[2]李文旭.暖通空调领域新能源热泵技术应用研究[J].工程技术：全文版，2016（11）：00262-00262.