孫衛(wèi)東
文章編號:2095-6835(2016)13-0074-01
摘 要:熱泵技術(shù)作為節(jié)能新技術(shù),其主要是利用低品位熱源實現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換。空氣源熱泵所借助的低品位熱源為空氣,不僅能給調(diào)節(jié)對象提供冷熱量,還能給人們提供生活熱水。與常規(guī)的空調(diào)及熱水系統(tǒng)相比,空氣源熱泵具有明顯的環(huán)保、節(jié)能和高效等優(yōu)勢。分析了空氣源熱泵的工作原理、優(yōu)點及推廣問題,同時以某實際項目為研究對象,結(jié)合相關(guān)數(shù)據(jù),提出了多種改造方案。通過比較、分析得出,空氣源熱泵機組的能耗最低,同時擁有良好的環(huán)保、節(jié)能效益。
關(guān)鍵詞:空氣源熱泵;機組能耗;數(shù)據(jù)分析;太陽能
中圖分類號:TU822+.1 文獻標(biāo)識碼:A DOI:10.15913/j.cnki.kjycx.2016.13.074
隨著社會經(jīng)濟的穩(wěn)定發(fā)展,能源問題受到了人們的廣泛關(guān)注,特別是近些年,在經(jīng)濟全球化進程中,各國對能源的依賴性逐步增強,而大部分能源屬于不可再生能源,因此,能源緊缺日漸凸顯。同時,在經(jīng)濟發(fā)展與能源消耗的過程中,全球變暖問題隨之出現(xiàn),能源枯竭、環(huán)境污染等問題制約著社會經(jīng)濟的發(fā)展。在此情況下,為了實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的目標(biāo),世界各國開始重新審視自身的發(fā)展,各國學(xué)者也紛紛研究關(guān)于能源消耗、能源節(jié)約、環(huán)境保護等內(nèi)容。本文探討了新型能源技術(shù),即熱泵技術(shù),分析了其機組的能耗問題,旨在借助空氣源熱泵機組促進能源節(jié)約、環(huán)境保護與經(jīng)濟發(fā)展等目標(biāo)的實現(xiàn)。
1 項目概況
空氣源熱泵的優(yōu)點十分顯著,通過理論研究與實踐探索得出,其應(yīng)用范圍不斷擴展。當(dāng)前,空氣源熱能機組的研究重點為其在低溫條件下的應(yīng)用。本文以東北某項目為研究對象,利用先進的測量儀器對空調(diào)建筑的相關(guān)參數(shù)進行測量,同時觀察機組在冬季的運行情況。
我國屬于大陸性季風(fēng)氣候,但由于幅員遼闊、地形復(fù)雜,且受不同的緯度及地勢的影響,氣候各異。我國東北部屬于寒冷與嚴(yán)寒地區(qū),四季分明,晝夜溫差較為明顯;夏季炎熱,降水量較大,春季干旱多風(fēng),秋季氣溫適宜,冬季寒冷,降水量較少。東北地區(qū)冬季供暖時間較長。其中,12月至次年2月,平均氣溫均在0 ℃以下。為了充分發(fā)揮空氣源熱泵的作用,應(yīng)關(guān)注其在冬季運行的條件,特別是室外換熱器表面易結(jié)霜的問題。根據(jù)我國冬季結(jié)霜的情況,可以將結(jié)霜區(qū)劃分為四類,分別為低溫結(jié)霜區(qū)、輕霜區(qū)、一般結(jié)霜區(qū)和重霜區(qū)。東北地區(qū)冬季屬于低溫結(jié)霜區(qū)與重霜區(qū)。
本文以東北某商業(yè)中心地帶的辦公寫字樓為研究對象,其中央空調(diào)冷熱源為空氣源熱泵冷熱水機組。該機組放置于露天屋頂,同時在屋頂加蓋了輕質(zhì)結(jié)構(gòu)的房間,主要用于放置循環(huán)水泵、集分水器、冬季熱交換器和膨脹水箱等。
2 數(shù)據(jù)分析
本文對空氣源熱泵機組夏季制冷和冬季制暖的運行情況均進行了觀察,統(tǒng)計了室內(nèi)的溫度、濕度、氣流速度等參數(shù)。在夏季,溫度為24~25 ℃,濕度為60%~65%,氣流速小于或等于0.1 m/s。結(jié)合空調(diào)設(shè)計規(guī)范可知,三項調(diào)節(jié)參數(shù)均符合要求。在冬季,溫度為18~19 ℃,濕度為26%~30%.此時的數(shù)據(jù)未能滿足空調(diào)設(shè)計規(guī)范要求。同時,在運行過程中,室外換熱器出現(xiàn)了結(jié)霜問題。
上述數(shù)據(jù)表明,空氣源熱泵在夏季具有良好的適用性,但在冬季,其運行效果較差,不能滿足室內(nèi)溫度、濕度和舒適性的要求。造成這種情況的主要原因是在冬季,機組需要反復(fù)除霜,難以持續(xù)供暖,同時,其熱效率較低。
3 改造方法
通過理論研究與實踐調(diào)查可知,空氣源熱泵受地域條件的影響,特別是在冷濕氣候下,其工作效果欠佳。這一情況制約了空氣源熱泵的推廣與發(fā)展。為了有效解決空氣源熱泵難以適應(yīng)低溫工作環(huán)境的問題,國內(nèi)外學(xué)者積極研究,提出了一系列解決方案,具體有增設(shè)輔助熱源、雙級耦合熱泵系統(tǒng)等。當(dāng)前,我國主要采用的方法為加裝輔助電加熱器,以此解決低溫環(huán)境下系統(tǒng)制熱量不足的問題。該方法滿足了對現(xiàn)有設(shè)備的改造需求。在室外氣溫相對較低的情況下,空氣源熱泵制冷效果較差。此時,利用輔助電加熱裝置可以保證空氣源熱泵的出水溫度,進而使空調(diào)房間的溫度達(dá)到設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)。但在實際應(yīng)用過程中,部分地區(qū)室外氣溫低的天數(shù)較少,空氣源熱泵效率低的時間較短,因此,輔助電加熱器常處于備用狀態(tài)。該情況加大了投資成本。為了進一步提高空氣源熱泵機組的經(jīng)濟性,新的空氣源熱泵研究工作受到了廣泛的關(guān)注。通過對現(xiàn)有空氣源熱泵系統(tǒng)的改造,可以提高其熱效率,使其在室外低溫環(huán)境下的運行具有更好的安全性和經(jīng)濟性,從而使機組的節(jié)能減排效果更加顯著。
通過對項目及相關(guān)數(shù)據(jù)的分析,為了滿足項目的實際需求,使空氣源熱泵適應(yīng)寒冷地區(qū)的使用特點,我們提出了兩種解決方案,即利用水源-空氣源熱泵復(fù)合系統(tǒng)和太陽能輔助空氣源熱泵系統(tǒng),旨在借助兩種自然資源進一步提高空氣源熱泵的經(jīng)濟性。
水源熱泵的低溫介質(zhì)與供熱來源均為水。此時的水源主要為地表水,比如河流、地下水、工業(yè)廢水等。在夏季,空調(diào)機組由水來冷卻,帶走其排放的熱量;在冬季,熱泵機組從水中吸熱,并將熱量傳輸?shù)绞覂?nèi)供熱。水源熱泵系統(tǒng)作為空調(diào)系統(tǒng),具有高效性、安全性、穩(wěn)定性、可靠性等特點,同時其節(jié)能、環(huán)保等優(yōu)勢也較為顯著。水源-空氣源熱泵復(fù)合系統(tǒng)是由壓縮機、蒸發(fā)器、熱力膨脹閥、電磁閥等構(gòu)成的,改造后的系統(tǒng)除霜時間短,除霜和供熱效果好,機組運行的穩(wěn)定性和經(jīng)濟性均有所提升。
太陽能作為清潔能源,其最為明顯的特點為環(huán)保、可再生和品位低。太陽能熱水系統(tǒng)作為經(jīng)濟、綠色系統(tǒng),將其與空氣源熱泵系統(tǒng)相結(jié)合,利于二者優(yōu)勢的充分發(fā)揮。太陽能輔助空氣源熱泵系統(tǒng)主要是由兩部分構(gòu)成的,分別為太陽能集熱和蓄熱部分、太陽能輔助空氣源熱泵部分。改造后的系統(tǒng)集熱效率高、經(jīng)濟性顯著,因此,適宜廣泛應(yīng)用與推廣。
4 總結(jié)
綜上所述,隨著能源危機、環(huán)境污染等問題的日漸凸顯,節(jié)能與環(huán)保受到了人們的廣泛關(guān)注。本文探討了空氣源熱泵機組的能耗,介紹了其工作原理及優(yōu)勢。為了解決其推廣問題,結(jié)合相關(guān)項目,提出了改造方案。相信,通過技術(shù)創(chuàng)新,空氣源熱泵的應(yīng)用成效將更加顯著。
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〔編輯:劉曉芳〕