热泵在暖通空调工程设计领域中的应用

热泵在暖通空调工程设计领域中的应用
摘要：随着我国经济的迅猛发展，人们的物质生活也得到了基本的满足，进而资源问题和环境问题逐渐突显出来，使得合理的利用自然环境，减少一些常规能源的消耗，成为暖通空调工程设计领域中的首要问题，本文主要分析了热泵的系统概括，并对几种热泵在暖通空调工程设计领域中的应用进行了探讨。
关键词：热泵，暖通空调，工程设计，应用

目前，随着我国经济的不断发展以及人们生活水平的不断提高，为了满足人们的健康生活和学习，在一些发达国家，供热和空调能耗可占到社会总能耗的25%—30%。就当前形势来看，我国的能源结构主要依靠矿物燃料，特别是煤炭。矿物燃料燃烧产生的大量污染物，包括大量SO2 、NO等有害气体成分以及CO2等温室效应气体。大量燃烧矿物燃料所产生的环境问题已日益成为各国政府和公众的焦点问题。因此，有效利用广泛存在的低位能源，节约有限的高位能源的热泵技术越来越引起人们的高度重视。
我国建筑能耗占全国总能耗20％左右，建筑能耗中的暖通空调能耗约占其50％-60％，另外制备卫生热水的能耗也在建筑能耗中占有较大比例。参照发达国家建筑能耗增长的历程，可以预见我国建筑能耗，特别是暖通空调及卫生热水能耗所构成的建筑冷热源能耗占国内总能耗的比重会越来越大。但能源的来源却受到相应的限制，因此能源将出现短缺，必须采取相应的对策，其中有：
(1)采用新的能源，例如:太阳能、风能等等；
(2)加强房屋的隔热设施，减少房屋所散失的热量；
(3)回收通风装置排风和房屋排水所带走的热量；
(4)应用一次能源发电时所排放的热量；
(5)通过热泵应用环境热量。
空调所耗热量一般只需要较低的温度，而且这种热量还可以借助于热泵来供应，只要消耗少量的高品位能，就可以得到足以满足房屋制冷或者采暖所需求的温度，目前，在暖通空调工程系统中主要用热泵来提供100℃以下的低温用能，因此，在满足房间采暖耗热方面，热泵是可以作出其重要贡献的。
一、热泵系统概括
1.热泵的工作原理
热泵的工作原理与制冷机的工作原理大致相同，都是根据热机的逆循环工作的，所不同的是工作温度范围不同，热泵装置从环境中吸取热量传给高温物体，实现供热的最终目的，制冷机从低温物体吸取热量传递到环境中去，实现制冷目的。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。
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三大部分：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)；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；低温热源(空气、水、地热、工业废热、太阳能等)；热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。
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，因而在热泵的循环过程中，为了向被加热的对象供热量，必须要消耗一定的量功，热泵按其驱动功的形式可以分为以下四种：机械压缩式热泵、吸收式热泵、蒸汽喷射式热泵、热电热泵。
4.热泵系统分类及其主要特点。
在建筑物中，热泵可以只为采暖、热水供应服务，也可以为全年空调或同时供热与供冷服务。另外，热泵还可以用来回收建筑物的废热。因此，根据热泵在建筑物中的用途可分为:①仅用作供热(采暖或热水供应)的热泵；②冬季供热，夏季供冷(全年空调)的热泵；③同时供冷供热的热泵；④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、地表水为水源的水源热泵和土壤源热泵。
二、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，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值有显著提高。
三、空气源热泵冷热水机组在我国的应用与发展
空气源热泵冷热水机组是在我国应用比较广泛的一种空气/水热泵，同时也是在我国空调工程设计中应用比较早的一种热泵机组系统，早在1980年上海，手工业局设计室和上海冷气机厂为上海某商场设计了国内第一套空气/水热泵空调系统，以8 F I O S 制冷机为主机的空气水热泵向空调面积为1200m2 的商场供冷、供热(冷水7℃，热水55℃) ，运行效果一直良好，但是始终没能达到商品化，直至20世纪80年代厦门国本空调冷冻工艺有限公司才开发出用全封压缩机、半封压缩机、双螺杆压缩机组成的空气源热泵冷热水机组。在20世纪90年代里，根据我国实际情况制定出空气源热泵冷热水机组的标准，同时采用大容量的螺杆式压缩机和小容量的涡旋压缩机的空气源热泵冷热水机组产品日趋成熟，竞争能力开始逐步超过传统的活塞式空气源热泵冷热水机组。
四、结束语
目前，在我国暖通空调用热一般来说都是低温热量，例如：风机盘管只需50℃—60℃热水，低温辐射供热系统供水温度一般只有35℃一65 ℃，同时这为使用热泵创造了一定的条件，由于热泵的制热性能系数会随着供热温度的降低和低温热源温度的升高而不断增加，因此在暖通空调工程设计中采用热泵有利于提高其制热性能系数，有效提高其使用效率，因此，热泵在暖通空调工程设计领域应用是一种比较节能、环保、高效的能源利用技术。
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