熱泵在暖通空調(diào)工程設(shè)計(jì)領(lǐng)域中的應(yīng)用
摘 要：隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的迅猛發(fā)展，人們的物質(zhì)生活也得到了基本的滿足，進(jìn)而資源問(wèn)題和環(huán)境問(wèn)題逐漸突顯出來(lái)，使得合理的利用自然環(huán)境，減少一些常規(guī)能源的消耗，成為暖通空調(diào)工程設(shè)計(jì)領(lǐng)域中的首要問(wèn)題，本文主要分析了熱泵的系統(tǒng)概括，并對(duì)幾種熱泵在暖通空調(diào)工程設(shè)計(jì)領(lǐng)域中的應(yīng)用進(jìn)行了探討。
關(guān)鍵詞：熱泵，暖通空調(diào)，工程設(shè)計(jì)，應(yīng)用

目前，隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展以及人們生活水平的不斷提高，為了滿足人們的健康生活和學(xué)習(xí)，在一些發(fā)達(dá)國(guó)家，供熱和空調(diào)能耗可占到社會(huì)總能耗的25%—30%。就當(dāng)前形勢(shì)來(lái)看，我國(guó)的能源結(jié)構(gòu)主要依靠礦物燃料，特別是煤炭。礦物燃料燃燒產(chǎn)生的大量污染物，包括大量SO2 、NO等有害氣體成分以及CO2等溫室效應(yīng)氣體。大量燃燒礦物燃料所產(chǎn)生的環(huán)境問(wèn)題已日益成為各國(guó)政府和公眾的焦點(diǎn)問(wèn)題。因此，有效利用廣泛存在的低位能源，節(jié)約有限的高位能源的熱泵技術(shù)越來(lái)越引起人們的高度重視。
我國(guó)建筑能耗占全國(guó)總能耗20％左右，建筑能耗中的暖通空調(diào)能耗約占其50％-60％，另外制備衛(wèi)生熱水的能耗也在建筑能耗中占有較大比例。參照發(fā)達(dá)國(guó)家建筑能耗增長(zhǎng)的歷程，可以預(yù)見(jiàn)我國(guó)建筑能耗，特別是暖通空調(diào)及衛(wèi)生熱水能耗所構(gòu)成的建筑冷熱源能耗占國(guó)內(nèi)總能耗的比重會(huì)越來(lái)越大。但能源的來(lái)源卻受到相應(yīng)的限制，因此能源將出現(xiàn)短缺，必須采取相應(yīng)的對(duì)策，其中有：
(1)采用新的能源，例如:太陽(yáng)能、風(fēng)能等等；
(2)加強(qiáng)房屋的隔熱設(shè)施，減少房屋所散失的熱量；
(3)回收通風(fēng)裝置排風(fēng)和房屋排水所帶走的熱量；
(4)應(yīng)用一次能源發(fā)電時(shí)所排放的熱量；
(5)通過(guò)熱泵應(yīng)用環(huán)境熱量。
空調(diào)所耗熱量一般只需要較低的溫度，而且這種熱量還可以借助于熱泵來(lái)供應(yīng)，只要消耗少量的高品位能，就可以得到足以滿足房屋制冷或者采暖所需求的溫度，目前，在暖通空調(diào)工程系統(tǒng)中主要用熱泵來(lái)提供100℃以下的低溫用能，因此，在滿足房間采暖耗熱方面，熱泵是可以作出其重要貢獻(xiàn)的。
一、熱泵系統(tǒng)概括
1.熱泵的工作原理
熱泵的工作原理與制冷機(jī)的工作原理大致相同，都是根據(jù)熱機(jī)的逆循環(huán)工作的，所不同的是工作溫度范圍不同，熱泵裝置從環(huán)境中吸取熱量傳給高溫物體， 實(shí)現(xiàn)供熱的最終目的，制冷機(jī)從低溫物體吸取熱量傳遞到環(huán)境中去，實(shí)現(xiàn)制冷目的。表示同時(shí)供冷供熱聯(lián)合循環(huán)機(jī)，它從低溫物體吸熱，實(shí)現(xiàn)制冷，同時(shí)又把熱量傳遞給被加熱的對(duì)象，實(shí)現(xiàn)供熱目的。
2.熱泵的組成。
熱泵的作用是從周圍環(huán)境中吸取熱量，并把它傳遞給被加熱的對(duì)象(溫度較高的物體)。熱泵系統(tǒng)的組成應(yīng)包括三大部分：熱泵的驅(qū)動(dòng)能源(電能、汽油、柴油、煤氣、煤等) 和驅(qū)動(dòng)裝置(電動(dòng)機(jī)、燃料發(fā)電機(jī)、蒸汽輪機(jī)等)；熱泵的工作機(jī)，一般來(lái)說(shuō)，制冷機(jī)可作為這種熱泵系統(tǒng)的工作機(jī)，制冷機(jī)的冷凝器中釋放的熱量不是簡(jiǎn)單地向大氣排放， 而要加以利用， 通過(guò)供熱系統(tǒng)向熱用戶供熱；低溫?zé)嵩?空氣、水、地?zé)帷⒐�業(yè)廢熱、太陽(yáng)能等)；熱泵從低溫?zé)嵩次�取熱量，使其溫度品位升高，轉(zhuǎn)為可利用的熱能。
3.熱泵的形式。
根據(jù)熱力學(xué)第二定律，當(dāng)以高位能作補(bǔ)償條件時(shí)，熱量是可以從低溫物體轉(zhuǎn)移到高溫物體的，因而在熱泵的循環(huán)過(guò)程中，為了向被加熱的對(duì)象供熱量，必須要消耗一定的量功，熱泵按其驅(qū)動(dòng)功的形式可以分為以下四種：機(jī)械壓縮式熱泵、吸收式熱泵、蒸汽噴射式熱泵、熱電熱泵。
4.熱泵系統(tǒng)分類及其主要特點(diǎn)。
在建筑物中，熱泵可以只為采暖、熱水供應(yīng)服務(wù)，也可以為全年空調(diào)或同時(shí)供熱與供冷服務(wù)。另外，熱泵還可以用來(lái)回收建筑物的廢熱。因此，根據(jù)熱泵在建筑物中的用途可分為:①僅用作供熱(采暖或熱水供應(yīng))的熱泵；②冬季供熱，夏季供冷(全年空調(diào))的熱泵；③同時(shí)供冷供熱的熱泵；④熱回收熱泵。
從熱泵的系統(tǒng)形式看，根據(jù)低位熱源不同 常見(jiàn)的有空氣源熱泵和地源熱泵， 地源熱泵又進(jìn)一步分為以地下水、地表水為水源的水源熱泵和土壤源熱泵。
二、燃?xì)鉄岜迷谂�通空調(diào)工程設(shè)計(jì)系統(tǒng)上的應(yīng)用
一次能源消耗得多的場(chǎng)合，采取節(jié)能措施后的效果顯著。采用燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的熱泵，首先從周圍環(huán)境吸取熱量并提高其溫度，其次采用發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻水和排氣熱量進(jìn)行輔助加熱，這兩部分熱量的溫度比熱泵冷凝溫度高，所以輔助加熱相當(dāng)可觀，如果建筑物本身就需要空調(diào)，則采用內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動(dòng)的熱泵就特別有利。燃?xì)馊紵�后所產(chǎn)生的高溫?zé)崮�，只有一部分通過(guò)內(nèi)燃機(jī)轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，其余則以廢熱（包括排氣、冷卻水及機(jī)油帶走的熱量)的形式排入環(huán)境，廢氣的溫度，要比熱泵冷凝器出口溫度要高得多，因此對(duì)于在供熱模式下運(yùn)行的熱泵，正好可將這些廢熱加以回收利用，從而進(jìn)一步提高系統(tǒng)的制熱性能，這使得熱泵的效能比EER值有顯著提高。
三、空氣源熱泵冷熱水機(jī)組在我國(guó)的應(yīng)用與發(fā)展
空氣源熱泵冷熱水機(jī)組是在我國(guó)應(yīng)用比較廣泛的一種空氣/水熱泵，同時(shí)也是在我國(guó)空調(diào)工程設(shè)計(jì)中應(yīng)用比較早的一種熱泵機(jī)組系統(tǒng)，早在1980年上海，手工業(yè)局設(shè)計(jì)室和上海冷氣機(jī)廠為上海某商場(chǎng)設(shè)計(jì)了國(guó)內(nèi)第一套空氣/水熱泵空調(diào)系統(tǒng)，以8 F I O S 制冷機(jī)為主機(jī)的空氣水熱泵向空調(diào)面積為1200m2 的商場(chǎng)供冷、供熱(冷水7℃，熱水55℃) ，運(yùn)行效果一直良好，但是始終沒(méi)能達(dá)到商品化，直至20世紀(jì)80年代廈門國(guó)本空調(diào)冷凍工藝有限公司才開(kāi)發(fā)出用全封壓縮機(jī)、半封壓縮機(jī)、雙螺桿壓縮機(jī)組成的空氣源熱泵冷熱水機(jī)組。在20世紀(jì)90年代里，根據(jù)我國(guó)實(shí)際情況制定出空氣源熱泵冷熱水機(jī)組的標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)采用大容量的螺桿式壓縮機(jī)和小容量的渦旋壓縮機(jī)的空氣源熱泵冷熱水機(jī)組產(chǎn)品日趨成熟，競(jìng)爭(zhēng)能力開(kāi)始逐步超過(guò)傳統(tǒng)的活塞式空氣源熱泵冷熱水機(jī)組。
四、結(jié)束語(yǔ)
目前，在我國(guó)暖通空調(diào)用熱一般來(lái)說(shuō)都是低溫?zé)崃浚�例如：風(fēng)機(jī)盤管只需50℃—60℃熱水，低溫輻射供熱系統(tǒng)供水溫度一般只有35℃一65 ℃，同時(shí)這為使用熱泵創(chuàng)造了一定的條件，由于熱泵的制熱性能系數(shù)會(huì)隨著供熱溫度的降低和低溫?zé)嵩礈囟鹊纳�高而不斷增加，因此在暖通空調(diào)工程設(shè)計(jì)中采用熱泵有利于提高其制熱性能系數(shù)，有效提高其使用效率，因此，熱泵在暖通空調(diào)工程設(shè)計(jì)領(lǐng)域應(yīng)用是一種比較節(jié)能、環(huán)保、高效的能源利用技術(shù)。
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