熱泵技術在建筑供熱中的應用與節能

殷喜建

摘 要：本文對于我們國家熱泵的工作原理進行了介紹，對比了熱泵供熱和傳統供熱形式上的差異，論述了熱泵的種類和具體的工作特點，總結了熱泵當前的節能效果，并且對于各類熱泵未來的發展前景進行了展望。

關鍵詞：建筑能耗；熱泵；節能；供熱方式

1 熱泵的工作原理與供熱

1.1 熱泵的概念

將低溫熱能提升為高溫熱能的裝置稱為熱泵。顧名思義，熱泵就像一個泵。它可以將不能直接利用的低溫熱能（如自然空氣，土壤和水中的低溫熱量）轉化為可以利用的高溫熱能，并為其提供高溫熱能。人們使用可以節省熱量（煤，天然氣，石油，電力）。

1.2 熱泵在科學能源利用中的作用

①熱泵技術是應用低水平再生熱量的重要技術。它通過熱泵技術將儲存在土壤，地下水，地表水或空氣中的低溫熱量轉化為高溫熱能，實現建筑物的供暖和生活熱水。減少高等級能源的消耗；②熱泵是合理使用高等級能源的典范。熱泵技術采用高等級能源作為驅動動力機械的驅動能源，然后動力機械驅動工作機械（如熱泵）將低溫熱能轉化為高溫熱能，從而使其到達節約能源的目的，可以說這也是對高品位能源進行使用的主要方式。

1.3 熱泵加熱與傳統加熱方式的區別

①傳統的加熱方式使用高等級的熱能（煤，天然氣，石油，電力）在室內供應9千瓦，并通過建筑圍護結構向室外空氣傳輸9千瓦的熱量，這成為低損失級熱能。它最終變成了大氣中的廢熱。雖然熱量為9千瓦，但能量等級逐漸降低，這是能源利用的最大浪費；②熱泵加熱系統，向房間供應9千瓦，消耗3千瓦電力，從低溫熱源空氣（也來自污水，地下水，土壤）吸取6千瓦熱量，并通過熱量向房間去進行供熱。測量熱泵的效率由加熱效率cop表示。

2 空氣源熱泵工作原理與特點

空氣源熱泵的工作原理是利用室外空氣作為低溫熱源，通過熱泵系統將其轉化為高溫熱源，為建筑物供熱。它的主要特點如下：空氣容易獲得，不可以無窮無盡的被使用，可以免費使用；無機房，不占用建筑面積，室外機組設置在屋頂或技術層，可組合，安裝方便；連接多個室內機，室內機多種多樣，可根據室內裝飾選擇不同類型的室內機；冷熱源相結合，夏季降溫，冬季取暖，全年生活熱水，每臺機器多用途；可獨立調節，自行設定溫度，實現家庭計量，人們可以關機，節省運營成本；可以說一年中室外氣溫變化很大。當冬季溫度降低時，熱泵熱量減少，建筑物所需的熱量增加。當熱泵機組不能滿足使用要求時，可輔以電加熱輔助。

3 污水水源熱泵工作原理與特點

污水源熱泵的工作原理是利用城市污水作為低溫熱源，通過熱泵系統將其轉化為高溫熱源，為建筑供熱。其主要特點如下：城市污水很容易獲得。原污水可以直接從城市管網中提取出來。在熱泵系統吸收熱量后，將其排放回城市污水管網。冬季主要污水溫度相對穩定。低溫熱源的溫度適合熱泵的工作條件：熱源共同使用，夏季冷卻，冬季加熱。它可以同時供應生活熱水，可以在一臺機器上使用。室外溫度變化對污水溫度影響較小，加熱系數較高，一般可達4.0～4.5，節能效果顯著；原污水質量差，含有大量懸浮物和腐蝕性物質。因此，原污水熱泵系統的抗堵塞和防腐技術是關鍵。目前，我國有相關的專利產品-流路熱交換器，解決了技術難題，為原污水熱泵的應用鋪平了道路。當應用原有的污水熱泵時，應注意距離不應太遠。一般在1000m以內，污水流量相對穩定，低峰值流量也應符合要求。因此，在中國建設污水處理廠的大型熱泵站和集中供熱也是非常有前景的。

4 土壤源熱泵工作原理與特點

土壤源熱泵是一種浸沒式熱交換器，在冬季從常溫土壤吸收熱量，并通過熱泵系統將其轉化為高溫熱源，為建筑物供熱。其特點如下：淺層常溫土壤全年波動較小，一般比年平均溫度高1℃～2℃。在這種情況下，土源熱泵可以穩定工作，加熱系數高，一般可達3.5～4.0。當室外空氣溫度降低時，地下淺層土壤的常溫相對穩定，淺層常溫土壤溫度不受影響，可保證正常供暖。冷熱源相結合，夏季降溫，冬季供應耐熱，全年可用于生活熱水，多用途。與空氣源熱泵相比，土源熱泵是吸收熱量，釋放地下熱量，減少空氣中的熱量釋放，避免形成城市熱島現象。噪音的影響減少了。在土壤源熱泵的應用中，冬季從淺層室溫土壤中提取的熱量大致等于夏季從土壤中釋放的熱量，差異一般小于10%，否則會影響長度。

5 房屋源熱泵前景

經過多年的發展，熱泵技術開始被使用在供熱、制冷、供熱水等人們生活的多個方面。日后對于熱泵技術的研究主要為以下幾個方面：①除了熱泵技術與太陽能、生物質能等新能源相結合的研究不斷深入外，隨著土壤源與空氣源復合型熱泵機組得到開發，由其他熱源有機結合的復合型熱泵機組也將得到不斷開發；②隨著熱泵技術應用于工業生產，出水溫度更高，效率也更高，穩定性更好的高溫熱泵機組需要得到開發；③熱泵技術與蓄熱、熱回收等技術相結合，開發更加節能的熱泵系統。

6 結語

隨著人們生活質量的提高和社會經濟的快速發展，能源短缺已成為人們關注的焦點之一。地源熱泵技術作為一種新型供熱系統，已充分發揮其節能、高效的特點，并在技術和應用效果方面取得了明顯成效，成為主要的綠色能源節能技術。 根據這一實際情況，相關人員對地源熱泵技術進行更深入的分析，促進創新，消除技術本身的缺陷和問題，充分發揮作用，為用戶提供更優質的服務。

參考文獻：

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