空气源热泵(三联供机组)在住宅(别墅)的应用

低温空气源热泵定频机组的节能设计作者：***来源：《科技创新导报》2022年第14期摘要：以我国北方空气源热泵供暖系统为研究对象，基于 TRNSYS软件，建立了农宅热负荷计算模型与空气源热泵供暖系统模型，并结合供暖系统运行数据，对模型进行校正，仿真结果与运行数据误差较小。

结合运行数据与仿真结果，分析了热泵供暖系统运行特性，可知保温性能差及不合理的运行方式是造成运行费用过高的主要原因。

针对目前存在的问题，结合负荷特性与空气源热泵制热性能特点，对清洁供暖系统进行优化。

结果表明，保温设计及合理的回水温度设置能够有效降低农宅整体热负荷，空气源热泵耦合储能系统能够有效利用空气源热泵高能效比制热时段，从而有效降低清洁供暖能耗，制热费用节约1872元/a。

关键词：空气源热泵运行性能清洁供暖优化设计中图分类号：P634.33文献标识码：A文章编号：1674-098X（2022）05（b）-0117-03近年来，在我国北方农村地区，空气源热泵逐渐取代电锅炉、电暖器成为农村清洁供暖的主要方式，空气源热泵系统有效降低供暖成本的同时，对推广清洁供暖、解决散烧煤导致的能源浪费和雾霾等具有重要作用。

但空气源热泵在农村清洁供暖中仍面临低温下热泵性能衰减或恶化、整体经济性差、农民负担加重等问题，需要从系统优化设计和供热方式创新等方面入手加以解决。

本文以某农宅空气源热泵系统为研究对象，针对实际运行中出现的问题，运用基于实测数据的数值方法，分析了热泵运行特性，首次将基于空气源热泵运行特性的储能设计应用到农村清洁供暖系统优化配置中，提出优化方案并进行系统仿真，为空气源热泵在我国北方农村地区的应用提供参考。

1实例概述农宅供暖面积108m2，单层联排建筑，供暖季时间为2020年11月16日0时至2021年3月15日24时，采用空气源热泵—地板辐射采暖系统，如图1所示。

农宅冬季供暖系统包括空气源热泵机组、水箱、循环水泵、分水器、地板辐射取暖单元及温控单位。

空气源热泵三联供优缺点空气源热泵三联供：空气源热泵三联供机组是一种用电动机驱动，蒸汽压缩循环，以空气为热源，能同时供冷与供生活热水、同时供暖与供生活热水、单独供冷、单独供暖、单独供生活热水的设备。

这一设备将热泵空调技术、热泵热水器技术和先进的换热技术进行了技术集成，实现了空调和热水器的完美结合。

1. 冬季制热模式（生活热水低于设定温度5℃，生活热水需要加热）：压缩机排气口→1号电磁阀关闭不通→生活热水换热器→3号电磁阀打开→膨胀阀→表冷器（蒸发器）→四通阀→回压缩机吸气。

2. 冬季制热模式（生活热水达到设定温度）：压缩机排气口→1号电磁阀打开（生活热水冷凝压力高于供暖冷凝器压力）→四通阀→供暖换热器→膨胀阀→表冷器（蒸发器）→四通阀→回压缩机吸气。

3. 夏季制冷模式（生活热水低于设定温度5℃，生活热水需要加热）：压缩机排气口→1号电磁阀关闭不通→生活热水换热器→2号电磁阀打开→膨胀阀→制冷换热器→四通阀→回压缩机吸气。

4.夏季制冷模式（生活热水达到设定温度）：压缩机排气口→1号电磁阀打开（生活热水冷凝压力高于室外冷凝器压力）→四通阀→表冷器（冷凝器）→膨胀阀→制冷换热器→四通阀→回压缩机吸气。

优点：普通风冷热泵机组在制冷的同时，必须向环境中释放大量的冷凝热，这部分热量加剧了城市热岛效应。

以一台制热量为12kW的机组为例，每小时向空气中释放约10318千卡热量，这些热量在1 小时内可使1200kg水温升10℃。

很多这样的企事业单位，生活热水是一年四季都是需要的，如果采用三联供余热回收技术，每年会节约大量的生活热水加热费用。

目前热泵生产厂家及知名空调厂家已成功开发出风冷三联供产品，该产品在制冷、制热的同时加热生活热水，也可各功能独立运行，三联供机组实现了制冷状态下的全热回收，降低了初投资成本。

弊端1. 通常采用三联供技术的单位主要是利用其室内空气调节功能，生活洗浴热水功能为辅。

热泵机组一般按房间负荷选配，相比生活热水负荷较小，机组夏季大部分时间工作在制冷模式。

空气源热泵原理热泵热水机组是目前世界上最先进、能效比最高的热水设备之一，它根据逆卡诺循环原理，采用电能驱动，通过传热工质把自然界的空气、水、土壤或其它低温热源中无法被利用的低品热能有效吸收，并将吸收回来的热能提升至可用的高品位热能并释放到水中的设备。

在不同的工况下热泵热水机组每消耗1kW电能就从低温热源中吸收2~6kW的免费热量，节能效果非常显著。

★热泵热水机组由压缩机、蒸发器、膨胀阀、冷凝器等部件组成。

工作原理是通过压缩机做功，使工质产生物理变相（气态--液态--气态），利用这一往复循环相变过程不断吸热和放热，由吸热装置吸取免费的热量，经过热交换器使冷水升温，制取的热水通过水循环系统送至用户。

★传热工质是一种特殊的物质，在实际运行当中，传热工质的蒸发温度可达－20℃左右，因此即使－5℃的环境温度相对于它来说也是"高温热源"，也能正常吸热。

此外工质的冷凝温度可达75℃，确保产出60℃的热水。

空气源热泵技术是基于逆卡诺循环原理建立起来的一种节能、环保制热技术。

空气源热泵系统通过自然能(空气蓄热)获取低温热源，经系统高效集热整合后成为高温热源，用来取(供)暖或供应热水，整个系统集热效率甚高。

热泵有四大优点，第一是节能，有利于能源的综合利用，第二点是有利于环境保护，第三点是冷热结合，设备应用率高，节省出投资，第四因为它是电驱动，所以它调控比较方便，因此热泵备受大家的关心。

热泵技术就二十一世纪的一个能源技术，能通过热泵的形式，可以提高能效的利用，能效的利用有两个含义，从环境角度来讲，可以减少温室气体的排放，减少对环境的有害的因素，从另外一个方面来说，就是解决电力高空负荷的一项技术。

★热泵产品属于太阳能产品吗？从工作原理上讲，不属于传统太阳能产品。

热泵产品与常规太阳能产品区别较大，常规太阳能产品利用水为介质，必须依靠太阳光的直射或辐射才能达到供热效果，而产品，利用制冷剂吸收空气中的热能和太阳辐射能，并通过压缩机压缩制热后与水交换热量来达到供热效果，因此产品与空调原理相同。

空气能热泵采暖的三种方式第一种方式：空气能热泵主机+风机盘管供暖系统优点：风机盘管通常是暗装吊顶，不会占用生活区域空间，比明装散热片节省空间，而且出风温和，不像空调或电暖风机吹出的热风那样干燥不适，同时风盘换热效率高，采暖区域会在较短时间内达到设定温度。

而且因为出热水温度在45℃左右，空气能热泵的效率很高。

若使用采暖/制冷空气源热泵机组，还可以替代中央空调实现夏季制冷。

缺点：绝大部分风机盘管出热风是吹在头部，容易形成头燥足冷的现象，舒适度一般。

目前也有少部分新型底部出风的风盘地暖机，让暖风从底部吹出，其效果要比顶部送热风的方式好一些，但同时也会存在占用生活空间，地表浮尘被带入空气中等问题。

适用场合：适用于非连续、间歇性采暖需求的用户。

比如：商超、饭店、办公室、周末归家族等。

第二种方式：空气能热泵主机+地暖供暖系统优点：公认的最舒适的家庭采暖方式，采暖温度均匀，暖热从脚生，符合中医“头凉足暖”的理论。

地板采暖所需的热水温度一般在40℃左右，空气能热泵出热水温度在40℃左右时，效率更高。

缺点：地暖的前期安装比较复杂，若是改造已装修过的房屋，需撬开地板才能安装，初装成本较高；此外，空气能地暖时需要提前预热，加热慢。

适用场合：适用于需要连续供暖的场所，以及对采暖舒适度有较高要求的用户。

比如：宾馆酒店、别墅以及家中常住老人与小孩的家庭。

第三种方式：空气能热泵主机+暖气片供暖系统暖气片所需要的热水温度一般要求达到55℃以上，热水温度越高，空气能热泵效率越低，因为冬季气温本来就偏低，这使得热泵在空气中获取热量的难度变大，热泵的能效会大大降低，设备能耗大幅增加，无法做到节能采暖。

优点：暖气片是即开即热，升温较快；可以明装，不受地板影响。

缺点：加热慢，热量不均匀，对热水温度要求高，空气能热泵主机负荷大，制热效率低，在环境温度较低而且采暖热负荷较高的地区节能采暖效果不佳。

适用场合：适用于采暖热负荷低，室内外保温效果较好，旧房改造或装修后不能装地暖或风盘的用户。