熱泵技術(shù)應(yīng)用優(yōu)缺點及發(fā)展動向

張希浩+張姝

摘要：為加速熱泵技術(shù)在人們生產(chǎn)、生活中的應(yīng)用，在分析不同類型熱泵系統(tǒng)優(yōu)缺點的同時，指出其各自在應(yīng)用過程中需要解決的關(guān)鍵難題，并簡要分析了熱泵技術(shù)的發(fā)展動向。

關(guān)鍵詞：熱泵；分類；優(yōu)缺點；關(guān)鍵難題

中圖分類號：TK01+9文獻(xiàn)標(biāo)識碼：Adoi：10.19311/j.cnki.16723198.2017.28.085

1引言

隨著能源危機(jī)和環(huán)境污染問題日益突出，熱泵以其節(jié)能、環(huán)保極具吸引力的優(yōu)勢近年在世界范圍內(nèi)得到了迅速發(fā)展。同時，熱泵還可地?zé)崮堋⑻柲?、空氣能?/p>

廢熱廢氣能等有機(jī)組合形成復(fù)合式熱泵系統(tǒng)，從而實現(xiàn)優(yōu)勢互補(bǔ)，能量的更高效利用。本文結(jié)合各類熱泵系統(tǒng)利用的優(yōu)缺點，給出使用建議，以便為各類熱泵系統(tǒng)的使用提供借鑒。

熱泵是一種可以把不能直接利用的低位熱能轉(zhuǎn)換為可以利用的高位熱能，從而節(jié)省一部分高位能的裝置。熱泵的種類繁多，分類按照熱源種類、驅(qū)動方式、建筑用途、工作原理、供水溫度等方式也各不相同。本文以常見的熱源種類進(jìn)行劃分如圖1所示。

2各類熱泵的優(yōu)缺點

空氣源熱泵系統(tǒng)在我國除了個別地區(qū)因為濕度太大或溫度太低的原因不適合使用外，其他大部分地區(qū)都可以使用空氣源泵系統(tǒng)進(jìn)行供暖、制冷，甚至供生活熱水等。也因此，空氣源熱泵在我國是應(yīng)用最廣的一種熱泵形式。其主要優(yōu)點是空氣能易獲取，系統(tǒng)安裝受場地影響較小，安裝簡便，投資費用低，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，便于管理和維護(hù)。其缺點是機(jī)組效率較低，且機(jī)組的效率受室外溫度影響較大，在較冷天運行效率低，甚至不能正常使用?？諝庠礋岜眉夹g(shù)應(yīng)用時需要解決化霜問題。尤其在濕度大，溫度低的環(huán)境中運行時會化霜更加頻繁，化霜時會使室溫出現(xiàn)較大波動，且產(chǎn)生噪音。為此，有學(xué)者提出燃料驅(qū)動型空氣源熱泵系統(tǒng)，使一次能源效率明顯提高，或提出太陽能輔助空氣源系統(tǒng)，實現(xiàn)了高效利用不同輻射強(qiáng)度的太陽能和不同溫度品位的空氣熱能。

水源熱泵系統(tǒng)是指以特定水體為儲存和提取能量的基本介質(zhì)，通過熱泵實現(xiàn)水體和建筑物形成換熱。不像空氣源熱泵機(jī)組那般易受環(huán)境影響，水源熱泵所用水體溫度波動較小，機(jī)組效率高，運行穩(wěn)定性好。其缺點也比較明顯，水體因熱泵的抽取與回流易導(dǎo)致水質(zhì)、水溫變化，影響水體周邊的生態(tài)環(huán)境。地下水源熱泵易受限于地下水的水質(zhì)和水量，地下水回灌效果將影響整個系統(tǒng)的性能和使用壽命。地表水源熱泵系統(tǒng)在使用時需處理好結(jié)垢、腐蝕、生物污泥等問題。海水源熱泵系統(tǒng)所用海水具有腐蝕性，故機(jī)組與海水連接側(cè)所用管道、設(shè)備、水泵等應(yīng)具有一定耐腐性。污水源熱泵技術(shù)應(yīng)用需要解決的關(guān)鍵難題是堵塞和污垢。現(xiàn)如今太陽能與水源熱泵系統(tǒng)的耦合也受到人們的關(guān)注。

土壤源熱泵系統(tǒng)所需熱量由地下巖土層提供。該系統(tǒng)既不像空氣源熱泵那般易受環(huán)境溫度影響，也不像地下水源熱泵那般易受限于地下水量和水質(zhì)，且對生態(tài)環(huán)境影響較小。但土壤源熱泵系統(tǒng)安裝成本較高，且地下土壤熱失衡也是土壤源熱泵系統(tǒng)面臨的重要問題。為解決熱失衡問題，有學(xué)者提出太陽能、化石燃料、空氣源、工業(yè)余熱等熱源補(bǔ)償方式和改變熱泵運行策略的方式對土壤進(jìn)行熱補(bǔ)償。

3總結(jié)與展望

經(jīng)過多年的發(fā)展，熱泵技術(shù)已經(jīng)應(yīng)用于供熱、制冷、供熱水等人們生活的各個方面。今后針對熱泵技術(shù)的研究主要有以下幾個方面：（1）除了熱泵技術(shù)與太陽能、生物質(zhì)能等新能源相結(jié)合的研究不斷深入外，隨著土壤源與空氣源復(fù)合型熱泵機(jī)組得到開發(fā)，由其他熱源有機(jī)結(jié)合的復(fù)合型熱泵機(jī)組也將得到不斷開發(fā)；（2）隨著熱泵技術(shù)應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)，出水溫度更高，效率也更高，穩(wěn)定性更好的高溫?zé)岜脵C(jī)組需要得到開發(fā)；（3）熱泵技術(shù)與蓄熱、熱回收等技術(shù)相結(jié)合，開發(fā)更加節(jié)能的熱泵系統(tǒng)。

參考文獻(xiàn)

[1]馬最良， 姚楊， 姜益強(qiáng). 暖通空調(diào)熱泵技術(shù)[M]. 中國建筑工業(yè)出版社， 2008.

[2]吳偉， 王寶龍， 石文星等. 氨水空氣源吸收式熱泵供熱方案分析[J]. 供熱制冷， 2016，（4）： 1821.

[3]Zhao Y， Shigang Z， Haibe Z. Optimization study of combined refrigeration cycles driven by an engine[J]. Applied energy， 2003， 76（4）： 379389.

[4]李先庭， 吳偉， 王寶龍等. 一種復(fù)合太陽能空氣源熱泵. 中國專利， ZL201420269521.2， 2014.

[5]宋應(yīng)乾， 馬宏權(quán)， 范蕊等. 地表水源熱泵系統(tǒng)的水體熱污染問題分析[J]. 建筑熱能通風(fēng)空調(diào)， 2011， 30（3）： 5054.

[6]孫春錦， 吳榮華， 孫源淵等. 污水源熱泵技術(shù)研究現(xiàn)狀及分析[J]. 暖通空調(diào)， 2015，（9）： 4953.

[7]龔光彩， 王立軍， 蘇歡. 太陽能水源熱泵復(fù)合系統(tǒng)的[D]分析及試驗研究[J]. 太陽能學(xué)報， 2013， 34（6）： 10511056.

[8]鄭洪財. 太陽能/污水源熱泵的運行特性分析[D]. 青島科技大學(xué)， 2013.

[9]You T， Wu W， Shi W， et al. An overview of the problems and solutions of soil thermal imbalance of groundcoupled heat pumps in cold regions[J]. Applied Energy， 2016，（177）： 515536.

[10]陳松江， 余曉明， 王正輝等.一種太陽能-沼氣驅(qū)動的吸收式制冷空調(diào)系統(tǒng)[J]. 低溫與超導(dǎo)， 2012， （10）： 6569.endprint