空氣源熱泵用于寒冷地區(qū)供熱的性能分析

程學遠

摘要：本文研究了空氣源熱泵在寒冷地區(qū)供熱性能，重在分析空氣源熱泵用于寒冷地區(qū)應用情況，研究影響供熱性能主要因素。監(jiān)測空氣源熱泵供暖在寒冷地區(qū)運行狀態(tài)，并結合影響因素來做好分析，總結監(jiān)測中所存在的問題，收集數(shù)據(jù)集，并對 2018年至 2020年整個供暖季進行實時跟蹤調查。

關鍵詞：空氣源熱泵;寒冷;供熱

引言：

近年來，國家對建設節(jié)約型城市變得越加重視，并出臺一系列限制政策促進生態(tài)環(huán)保事業(yè)的發(fā)展，以減少溫室效應及更好的保護我們賴以生存的環(huán)境，推動社會實現(xiàn)可持續(xù)的發(fā)展。傳統(tǒng)燃料因污染過于嚴重，已經(jīng)不適應當前發(fā)展需要，空氣源熱泵是一種新型供暖設備，具有良好的節(jié)能環(huán)保性能，具有強大的供暖能力強，可通過少量電能驅動來完成高效熱能轉換，可解決北方供暖問題，對環(huán)境污染小，空氣源熱泵將會成為北方地區(qū)供暖昀優(yōu)設備?；诖?，我們開展了此次研究，將會以北方地區(qū)某個城市的辦公室作為研究對象，旨在收集各種能耗參數(shù)，分析空氣源熱泵運行性能，分析該設備供熱情況，為后續(xù)推廣空氣源熱泵提供更多理論支持依據(jù)。

一、空氣源熱泵概述

空氣源熱泵是一種低能耗高效率熱轉換裝置，可昀大化將動能轉換成為熱能。所謂的熱泵其實所指的就是將外部環(huán)境的熱能（低位熱能），直接轉換為高位熱能，這樣便能達到節(jié)約能源的作用?？諝馐侨≈槐M用之不竭的資源，雖然這種資源是低位熱源，但是，通過動能轉換后便可形成高位熱源，可以大量的使用，就目前來看空氣源熱泵的安裝、使用都十分的方便。

空氣源熱泵主要特點：

空氣源熱泵設計構造簡單，體積不大，因而，可以放置于住宅頂層，或者是地面上來使用。

消耗小，不需要消耗大量能源便可以實現(xiàn)低位熱能轉換成高位熱能。

空氣源熱泵是依靠電腦的方式來進行控制，可以結合實際情況來設定運行參數(shù)，可以監(jiān)控設備運行。

二、空氣源熱泵運作概述

空氣源熱泵是一種高效能熱轉換裝置，該裝置的制熱原理是取自制冷原理，即從空氣中吸收熱量來達到增熱目的，即將低位熱能轉換成為高位熱能?？諝庠礋岜迷诠ぷ鞯倪^程中將沸點較低的制冷劑輸送至熱能轉換裝置當中（交換機）當中，然后再從空氣中吸收熱能，后經(jīng)壓縮后使制冷劑溫度增高至 80℃至 150℃，然后，再將熱能輸送至毛細管當中做水熱釋放，然后轉變成液態(tài)制冷劑，昀后再輸送至空氣當中來吸收熱能，如此，就達到了“加熱-放熱”的工作流程[1]。具體參考下圖：

三、空氣源熱泵監(jiān)測參數(shù)

本文以四匹功率的空氣源熱泵對面積為 150m2的辦公室一冬季供熱為研究對象，監(jiān)測內容主要包括有：風盤出風口溫度、風盤回風口溫度、風盤出風口風速、室內空氣溫度、濕度、耗電量。

為了使本次試驗更好進行下去，將會選取 3個辦公室作為試驗監(jiān)測對象，并在每個辦公室被選取 3個監(jiān)測點，將會使用銅-康銅熱電偶測量室內溫度情況，熱電偶傳感器測試點距離地面高度約 1.5米，而在辦公室內將會分別安裝溫度測試儀及溫度自記儀，主要檢測室內溫度變化情況，并對溫度情況做好分析、對比[2]。當數(shù)據(jù)收集之后，便會傳輸至電腦，讀取后，存儲于電腦，本次試驗是監(jiān)測空氣熱源泵系統(tǒng)一個冬季的耗電量。

四、數(shù)據(jù)采集

空氣源熱泵在運行的過程中會產(chǎn)生很多的數(shù)據(jù)，為了更好的讀取這些數(shù)據(jù)，做好數(shù)據(jù)監(jiān)測、收集工作。

在開展試驗的過程中，我們將會采用以時間軸的方式將數(shù)據(jù)記錄下來，然后再將這部分數(shù)據(jù)儲存在電腦當中，方便日后調用與分析數(shù)據(jù)。具體情況參考表 1.

五、結果

在實驗的過程中我們發(fā)現(xiàn)，當室外環(huán)境溫度降低時，就會使 COP值降低，即滿足室內所需熱負荷消耗的電能增多，而當室外溫度增高時（約增高到-10攝氏度），則就會使 COP值增高。這其實反映出了當室外溫度增高，則會降低損耗，而如果室外溫度降低就會導致能耗增加。因而，當溫度降低時候降低至-10攝氏度以下，當空氣源熱泵制熱量不足時，適當?shù)目梢耘浜陷o助加熱器來使用，畢竟，我國北方地區(qū)室外溫度一般都比較低，冬季溫度基本在-5至-15攝氏度，這也反映出空氣源熱泵在寒冷地區(qū)其的可靠性將會降低，能耗會增加，這也致使熱能效之比（EER）快速降低。從試驗監(jiān)測結果顯示可見，空氣源熱泵總體制熱能力較強，是隨著室外溫度變化而變化，總體上能維持室內溫度控制在 22攝氏度左右，起伏并不是特別大。

結論：

綜上所述，空氣源熱泵在我國供熱方面所帶來的幫助是很大的，這種供暖設備性能優(yōu)越，環(huán)保性強，可適用于北方家庭使用，即便在昀寒冷的時間里，每天電耗量僅為 23元左右。而隨著空氣源熱泵技術不斷成熟，并伴隨研究的不斷深入，未來空氣源熱泵供暖裝置性能將會變得更穩(wěn)定，供暖能量更強。在供暖季節(jié)的前期，測得該裝置的能效總體較穩(wěn)定，盡管能耗有所增加，但是供暖比較穩(wěn)定;當室外溫度發(fā)生變化的時候，溫度就會出現(xiàn)波動，基本上還是能滿足北方家庭供暖的需要，而節(jié)能減排也已經(jīng)成為當前社會發(fā)展主題，因此，使用空氣源熱泵來進行供暖不失為一種很好的辦法，總的來說還是具有了很廣闊的發(fā)展空間，未來也將會被越來越多人所接受。

參考文獻

[1]周海艦，高乃平，李忠，等. 北京農(nóng)村地區(qū)空氣源熱泵供暖系統(tǒng)實測分析[J]. 煤氣與熱力，2018，038（001）：32-39.

[2]趙宗彬，宋昱龍，包繼虎，et al. 跨臨界 CO2空氣源熱泵系統(tǒng)性能研究[J]. 制冷學報，2018，39（002）：22-30.