热泵在暖通空调工程领域中应用和节能研究

1、热泵在暖通空调工程领域中应用和节能研究摘要：“十一五”以来，党中央、国务院把节能 减排作为调整经济结构，促进发展方式转变和推动科学发展 的重要抓手，放在更加突出的位置。国家通过采取一系列强 有力的政策措施，使得节能减排取得明显成效，但形势依然 严峻，任务仍然艰巨。如何合理利用能源，提高能源利用效 率，是当前乃至今后较长时期我国面临的一项重要而紧迫的 任务。其中，暖通空调耗能作为我国能源消费结构的重要组 成部分，如何挖掘其节能空间，是目前暖通空调领域设计的 首要问题。热泵技术在暖通空调工程领域的应用正是在此环 境下应运而生。关键词：热泵；暖通空调工程；领域应用；节能分析 abstract： ue

2、leven five” since the party central committee, the state council, the energy-saving emission reduction as the adjustment of economic structure, promote the transformation of development mode and to promote the scientific development of the important grasper, in a more prominent position. the state a

3、dopted a series of strong policy measures, make energy-saving emission reduction achieved significant results, but the situation is still grim, the task is still arduous how to make rational use of energy, improve energy efficiency, is an important and urgent task facing our country at present and i

4、n the future for a long period. among them, the hvac energy consumption as an important part of china? s energy consumption strueture, how to tap the energy saving space, is the primary problem of air conditioning design of hvac field the application of heat pump technology in the hvac engineering f

5、ield is emerge as the times require in this environment.keywords：heat pump； hvac engineering； application； analysis of energy saving中图分类号：tu96+2文献标识码：a文章编号：1热泵系统简介1.1热泵的工作原理热泵的工作原理与制冷机相同，都是按热机的逆循环工 作的，所不同的是工作温度范围不同（如图1所示）。图1中 ta为环境温度；tc为低温物体的温度；tb为髙温物体 的温度。a表示热泵装置，它从环境中吸取热量传给高温物 体，实现供热的目的；b表示制冷机，它从低

6、温物体吸取热 量传递到环境中去，实现制冷目的；c表示同时供冷供热 联合循环机，它从低温物体吸热，实现制冷，同时又把热量 传递给被加热的对象，实现供热目的。1.2热泵的组成热泵的作用是从周围环境中吸取热量，并把它传递给被 加热的对象（温度较高的物体）。热泵系统的组成应包括以 下三大部分：（1）热泵的驱动能源（电能、汽油、柴油、煤气、煤等） 和驱动装置（电动机、燃料发电机、蒸汽轮机等）。（2）热泵的工作机。一般来说，制冷机可作为这种热泵 系统的工作机，制冷机的冷凝器中释放的热量不是简单地向 大气排放，而要加以利用，通过供热系统向热用户供热。（3）低温热源（空气、水、地热、工业废热、太阳能等）。 热

7、泵从低温热源吸取热量，使其温度品位升高，转为可利用 的热能。1. 3热泵的形式根据热力学第二定律，当以高位能作补偿条件时，热量 是可以从低温物体转移到高温物体的，因而热泵循环中，为 了向被加热的对象供热量，要消耗一定的功。热泵按驱动功 的形式可分为四种：机械压缩式热泵、吸收式热泵、蒸汽喷 射式热泵、热电热泵。2. 热泵系统的分类及特点2. 1热泵在建筑物中的用途仅用作供热（采暖或热水供应）的热泵；冬季供热、夏季供冷（全年空调）的热泵；同时供冷供热的热泵；热回收热泵。从热泵的系统形式看，根据低位热源不同，常见的有空 气源热泵和地源热泵，地源热泵又进一步分为以地下水及地 表水为水源的水源热泵和土壤

8、源热泵。2. 2空气源热泵优缺点2.2. 1空气源热泵的优点主要优点是节能，有利于环境保护。通过冷热结合， 可提高设备应用率高，节省初投资；电驱动，调控比较方便。 在我国建筑物中使用此类型的热泵产品主要是空气热源的 窗式热泵空调器和分离式热泵空调器（见图2）。2. 2. 2空气源热泵的缺点主要缺点是它的供热能力和供热性能系数随着室外气 温的降低而降低。因此，建筑物采用空气源热泵供热时，一 定要设置补充加热装置。2. 2地源热泵由于较深的地层在未受干扰的情况下常年保持恒定的 温度，高于冬季的室外温度，又低于夏季的室外温度，因此地 源热泵可克服空气源热泵的技术障碍，且效率大大提高。此 外，冬季通过

9、热泵把大地中的热量传送到建筑中，同时使大 地中的温度降低，即蓄存了冷量，可供夏季使用；夏季通过热 泵把建筑物中的热量传给大地，对建筑物降温，同时在大地 中蓄存热量以供冬季使用。这样在地源热泵系统中大地起到 了蓄存器的作用，进一步提高了空调系统全年的能源利用效 率。2. 2. 1水源热泵地下水源热泵系统的热源是从井水或废弃的矿井中抽 取的地下水。经过换热的地下水可以排入地表水或地下水系 统。最近几年地下水源热泵系统在我国得到了迅速发展，但 是应用这种系统也受到许多限制，如需要有丰富和稳定的地 下水资源作为先决条件；又如抽取的地下水理论上应回灌到 地下水层，但目前国内地下水回灌技术还不成熟，在很多

10、地 质条件下回灌的速度大大低于抽水的速度，从地下抽出来的 水经过换热器后很难再被全部回灌到地下水层，造成地下水 资源的流失。地表水热泵系统的一个热源是池塘、湖泊或海 河中的地表水。如海水源热泵，海水中所蕴含的热能是典型 的可再生能源，因此海水源热泵是供热空调工程领域一种节 能环保的技术。当然这种地表水热泵系统与空气源热泵系统 类似，也受自然条件的限制，当环境温度越低时热泵的供热 量越小，而且热泵的性能系数也会降低。2. 2. 2 i壤源热泵又称为“地下耦合热泵”，是利用地下岩土中的热量作 为一个热源。它通过循环液体（水或以水为主要成分的防冻 液）在封闭的地下埋管中流动，实现系统与大地的传热。在

11、 冬季供热时，流体从地下吸取热量，再通过系统把热量送到 室内；夏季制冷时，从室内吸收热量，再通过系统将热量传到 地下岩土中。因此，土壤源热泵系统既具有地下水源热泵系 统的优点，又不需要抽取地下水资源作为传热的介质，是一 种可持续发展的节能技术。3. 燃气热泵在暖通空调工程设计系统上的应用一次能源消耗得多的场合，采取节能措施后的效果显 著。采用燃气发动机驱动的热泵，首先从周围环境吸取热量 并提高其温度，其次采用发动机冷却水和排气热量进行辅助 加热。这两部分热量的温度比热泵冷凝温度高，所以辅助加 热相当可观。如果建筑物本身就需要空调，则采用内燃机驱 动的热泵就特别有利。燃气燃烧后所产生的高温热能，

12、只有 一部分通过内燃机转化为机械能，其余则以废热（包括排气、 冷却水及机油带走的热量）的形式排入环境。废气的温度， 要比热泵冷凝器出口温度要高得多，因此对于在供热模式下 运行的热泵，正好可将这些废热加以回收利用，从而进一步 提高系统的制热性能，这使得热泵的效能比eer值有显著提4. 热泵应用于暖通空调是一种环保技术我国因采暖锅炉吨位小、效率低、分布散乱等特点造成 大气污染严重。因此，在一些大城市和特殊地区，环保部门限 制使用燃煤和燃油锅炉，以保护大气环境。为保护大气环境, 也应积极开展热泵在暖通空调中的应用研究工作。热泵在暖 通空调中的应用将会带来环境效益，对温室效应也有积极作 用。据有关资料介绍，与燃煤锅炉相比,使用热泵平均可减少 30%的c02排放量；与燃油锅炉相比,c02排放量可减少66%, 排热量也减少。5. 结语暖通空调用热一般来说都是低温热量，如风机盘管只 需50 °c60 °c热水；低温辐射供热系统供水温度一般只有 35 °c65 °c，这为使用热泵创造了一定的条件，因热泵的制 热性能系数随着供热温度的降低和低温热源温度的升高而 增加，所以在暖通空调工程中采用热泵有利于提高