空气源热泵空调系统节能研究

空气源热泵空调系统节能研究

颜华

广东华天成新能源科技股份有限公司广东佛山528000

摘要：空气源热泵是指以持续不断的风的供应作为热泵冷或热的能量来源，实现整套装置制冷制热持续运行的热泵系统。空气源热泵系统简单，投资较低，节能环保，不受地域和时间的限制，发展速度迅猛，发展势头强劲，在国内有比较广阔的发展空间。本文在分析时，主要对空气源热泵空调的节能环保原理、节能方向和具体的节能设计要点进行探讨。

关键词：空气源热泵；空调系统；节能设计

前言

在空气源热泵空调系统中，热泵的供热循环与制冷循环均是逆卡诺循环，只不过在空调器的制冷系统中增设一个四通换向阀，改变冬、夏季制冷剂流动方向。空气源热泵机组利用室内外空气作冷热源，不用冷却水泵、冷却水管路及冷却塔，省去了庞大的冷却水系统，在水源紧张地区尤其适用。空气源热泵空调系统室内末端可采用风机盘管，而在风机盘管技术上我国目前已经处于世界先进水平，因此在我国发展应用空气源热泵空调系统在技术上有保证。

1空气源热泵空调的节能环保原理

损失最终评价的准则是多样的，这主要取决于分析的目的。如果以性能为出发点，要求设计的效率最高，则就应使系统总损为最小；如果是以整个使用期的费用最小为目标，则应将系统的损失与设备成本联系起来，以总费用为目标函数，通过优化使目标函数达到最小；如果以节能为目标，分析的主要目的是揭示系统中损失的部位、类型和数量，通过研究减少这些损失，来最大限度地提高系统效率。所有实际系统和部件所固有的非理想的性能，都将引起不可逆熵产，从而导致系统各处产生损失。对空气源热泵空调系统的损失进行分析，可计算出各部件的损失，然后将系统中产生的损失减少到最小，实现节能。

空气源热泵是以空气中热量为能源，只要空气中有足够的热量，它就能吸收能量而产生热水。因而空气源热泵的使用不受阴天下雨白天黑夜的影响，而且在使用时，不像化石燃料在获取能源和产生电力的同时，向环境排放大量的燃烧产物，如CO2、SO2、NOx、粉尘等，对环境造成严重的污染，引起温室效应、酸雨、土地沙漠化等灾害，也严重影响了人们的身心健康。而且空气--水热泵机组由于冬季以空气为吸热源而夏季又以空气为排热源，室内以水为冷热媒体，供应末端装置，实现制冷和供暖，因而使用方便，安装工作量小，运行维修、保养十分方便，对周围环境的污染，包括空气的污染、噪声污染以及向环境漂水等现象均较小。因此空气源热泵的使用是替代传统的制冷机+锅炉的建筑物空调、采暖、供热模式，是改善城市大气环境、节约能源的一条有效途径。

2空气源热泵空调系统的节能方向

空气源热泵空调系统的节能主要从以下七个方向实现：合理优化室外、室内热交换器，采用合理的热交换形式，有效提高蒸发温度、降低冷凝温度；选择变容量压缩机机组，如变频机组、数码涡旋机组，实现部分负荷时输入与输出线性变化，实现部分负荷下仍能高效运行，极端温度（-15℃以下）制热启动平稳，运行高效；合理进行工艺设计，精确控制室外热交换器的化霜过程，实现融霜彻底、融霜时间短、过程稳定；采用双压缩技术、喷液增焓技术，实现低温状况高温运行；主机系统控制系统合理设计，能过实现室内温度精确控制，避免无谓浪费；整机合理匹配，制造精良，运行稳定可靠，维修量小；能够实现分户、分时、分室计量，为管理节能打下基础。

3空气源热泵空调系统的节能设计要点

3.1选用高效率低能耗的压缩机

因为压缩机进行的是不可逆绝热压缩过程，由于不可逆引起了损失。由此在该系统中压缩机节能尤为重要。这就要求在设计空气源热泵空调系统时应选择热效率高的压缩机，如螺杆式压缩机或涡旋式压缩机等。升压比较大时还应采用双级压缩，减少损失。双级压缩过程分两个阶段进行，来自蒸发器的气态工质先在低级压缩机中压缩，当被压缩到中间冷却器的中间压力时，便进入中间冷却器冷却，然后再进入高级压缩机压缩到冷凝压力，双级压缩由于采取了中间冷却，高压级的排气温度不致过高，进而减小了压缩机的损失。

3.2选用换热效率高的冷凝器

冷凝器与蒸发器的损失主要是由于制冷剂与空气之间的温差较大造成的，所以应当减小传热温差。从传热过程可知，对于一定的热负荷而言，要减小传热温差，必须增大传热面积和传热系数，而传热面积的增大受到冷凝器体积和质量的限制，所以只能增大传热系数。增大传热系数可采取如下措施：①提高管内水流速；②采用高翅化系数的螺纹管；③减小水垢和油垢热阻，或者采用新型的板式热交换器，以提高其传热系数和传热效率，使其体积和质量大大减小。

3.3采用变频技术智能控制末端空调器

终端空调自身所消耗的能源可以说并不大，其在当前空调系统整体的能耗中仅仅消耗了10％左右。在末端空调对风机盘管进行使用的时候，其本身的能耗份额会逐渐的减弱，主要采用模块化空调，自身能耗比重将不断提高。因此，从节能的角度来看，小型分散式空调在节能方面更具优势。另外，高焓差低风量空调器比低焓风量风量消耗更少的功率。其气流组织对舒适空调场所要求不是很严格，尤其是一些商场等相对来说比较多的地方工作人员，焓差大的空调器不仅能降低能耗，还能使风管面积减少，节约了风管系统的投资和建筑空间也得到了改善。通用机柜和模块化空调通常分为四排管，六排管，八排管差。我们是节省点，我们要尽量减少使用四排空调，而不是使用六排空调，空调组合尽可能考虑选择八排空调。可以说水系统是不是有变水，空调应该设置三档。在水系统中，使用变频空调器和其他形式的调速恒温器本身的条件可以大大降低终端空调器的能耗。使用空调作为标准的耗电量计量系统。

3.4改善通风环境

热泵与女儿墙应有足够距离，热泵离核心筒和主楼应有足够的距离，热泵与热泵之间也应有一定的空间距离，这些距离一般应在3米以上。为改善通风，热泵机组可错列。另外，应注意风向的影响，尽可能避免将热泵机组布置于主风向下建筑物45°阴暗区内。在热泵机组并排布置时，在热泵之间搭凉栅，可较有效地减少短路，另可改善吸气环境，对冬季雨雪天减弱积霜程度有良好效果，这一措施也可减少夏天热泵吸入气流的温度，减少太阳辐射对换热器表面温度的不良影响。热泵机组不应置于室内，如布置于阳台上，阳台宜突出整体平面，宜设于通风良好的转角处，宜选用侧排风形式，或对竖排风的热泵加接风管水平排风，但风机应作相应调整。不得已置于室内的热泵必须加接排风管，将排气引出室外，且避免排风口与进风口过近形成短路现象。

3.5优化排风系统

新鲜空气负荷占到了空调建筑非常大的比例，在额定运行的情况下，办公室与酒店等建筑物所使用的空调总用电负荷占到了30％左右，而商业建筑其自身新风负荷大概占到了50％。新风量等于排风量和入风风量之间的整体合计。同时需要尽可能的将风侵入的可能降到最低，通过整体换热器组织废气去对能量进行回收，也减少了换热器自身的使用寿命，从而对换热器在建筑中的大量推广和使用产生了影响。针对热泵空调系统，例如排气通风能够被安放到热泵机组的入口位置，可以说这种方式也是对热泵机组效率给予提升的一种有效的节能方式。

4结语

空气源热泵空调系统因为自身有着非常多的优点，尤其在夏热冬冷地区的中小系统里有着非常广泛的使用。在以住进行设计的过程中，因为缺少相关经验，系统经缺少有效配置，能够进行节能的空间还比较大，所以，对于节能技术进行推广不近几年能够对，既有空调系统进行改造，同时还能够对设计新建系统给予优化，节约投资以及降低能源消耗，其需要获得政府的支持以及人们的普遍关注。

参考文献：

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[2]郭超.采用空气源热泵热回收机组节能效果分析[J].门窗，2015（02）

[3]李元哲，单明，杨建.空气源热泵热回收新风净化机[J].中国建筑金属结构，2018（08）