孟喆

摘要：文章從能量節(jié)省、排放碳元素的有效降低為出發(fā)點(diǎn)，嶄新的生活態(tài)度以使用免費(fèi)可利用再生能源，使用先進(jìn)的空氣源熱泵，把空氣中的免費(fèi)能量進(jìn)行轉(zhuǎn)移，淺談了空氣源熱泵節(jié)能性、安全性、環(huán)保性以及具體工藝特點(diǎn)及流程。

關(guān)鍵詞：能源問(wèn)題；空氣源熱泵；逆卡諾原理；能量轉(zhuǎn)移；可利用再生能源 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

中圖分類號(hào)：TU822 文章編號(hào)：1009-2374（2016）13-0096-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.13.046

進(jìn)入21世紀(jì)，世界再次將焦點(diǎn)關(guān)注到能源問(wèn)題。眾多專家反復(fù)強(qiáng)調(diào)，需大力發(fā)展太陽(yáng)能技術(shù)、核電能源、水力發(fā)電等新興能源用以替代不可再生能源，只有快速全面地建立能源的多元化格局，打破以往依靠消耗性能源的單一性格局，才是提升經(jīng)濟(jì)的有效舉措?？諝庠礋岜貌捎玫墓に囀鞘澜缣貏e關(guān)注的能源替代品，同時(shí)也是在煤炭燃燒、鍋爐用油、熱水器耗電之后的純凈、綠色、省錢的供熱方式之一。在歐美的眾多發(fā)達(dá)國(guó)家，作為清潔科技的空氣源熱泵早已經(jīng)家喻戶曉及廣泛使用。它于20世紀(jì)末進(jìn)入中國(guó)，憑借明顯的節(jié)能及高效等綜合優(yōu)勢(shì)，普及速度很快。節(jié)能減排早已成為了時(shí)代進(jìn)步的主旋律，節(jié)約不可再生能源，可實(shí)施可操作的低碳是我們必須盡的責(zé)任。

1 熱泵工作理論

熱泵采用的工藝乃為卡諾循環(huán)的反過(guò)程道理，將免費(fèi)的大氣中的可再生熱能量通過(guò)有限的機(jī)械能轉(zhuǎn)移、傳遞到水中。機(jī)組以極少量的電能為初始動(dòng)力，把制冷劑成為載體作用，因?yàn)槠淠軌虺掷m(xù)不斷地把免費(fèi)大氣中的熱能吸收進(jìn)來(lái)，高效地轉(zhuǎn)化成熱量，實(shí)現(xiàn)低溫?zé)嵩聪蚋邷責(zé)嵩吹霓D(zhuǎn)移，再將高品位熱能釋放到水中制取生活熱水。由于工藝流程不是直接用電熱元件加熱，而是消耗1kW的機(jī)械電能Q1，機(jī)組運(yùn)行、利用制冷劑的相變從空氣中吸收3kW的免費(fèi)空氣熱能Q2，冷水進(jìn)入機(jī)組，被加熱成高溫?zé)崴?，得?kW的熱量Q3，因此其能效可達(dá)到純用電的電熱水器4倍，大大節(jié)約了電力的消耗。

可是熱量如何使得低溫水變成高溫水呢？由熱力學(xué)定律的第二條我們了解：熱量不可能自發(fā)主動(dòng)地從低溫傳到高溫。大家都知道，水總是主動(dòng)地從高處向低處流動(dòng)，同樣的道理，熱量也是自發(fā)地從高溫物體傳遞到低溫物體，而水泵的功能就是使用機(jī)械能把水從較低的地方提升到較高的地方。而熱泵的功效就是使用有限的機(jī)械能，從而實(shí)現(xiàn)熱量從較低溫的物體傳遞到較高溫度的物體。

2 空氣源熱泵核心組件

其內(nèi)部結(jié)構(gòu)包含四個(gè)部件，也就是壓縮機(jī)、冷凝器、膨脹閥、蒸發(fā)器。其核心組件的工作流程如下：第一，壓縮機(jī)低壓制冷劑壓縮機(jī)后將返回，低壓制冷劑變成高溫高壓氣體放電；第二，高溫高壓制冷劑氣體流經(jīng)線圈銅管的外箱，由銅導(dǎo)電氣體的熱水箱，實(shí)現(xiàn)傳播的加熱和冷卻制冷劑的作用下持續(xù)到液體的壓力；第三，為液體制冷劑膨脹閥后進(jìn)入蒸發(fā)器，蒸發(fā)器嚴(yán)重減少，因?yàn)閴毫Γ砸后w制冷劑迅速蒸發(fā)成氣體，吸收空氣中大量的熱量；第四，在風(fēng)扇的作用下，大量的空氣通過(guò)蒸發(fā)器的外表面，空氣中的熱量被吸收蒸發(fā)器后，空氣溫度降低，迅速進(jìn)冷空氣回到廚房，然后吸收一定的能量回到壓縮機(jī)，制冷劑循環(huán)到下一個(gè)循環(huán)。

空氣源熱泵的工作原理和空調(diào)原理有些類似，即逆卡諾原理，壓縮機(jī)的應(yīng)用將大量的低溫?zé)崮芪湛諝庵校瑝嚎s成高溫?zé)崮?，熱能轉(zhuǎn)移到水箱，加熱水。整個(gè)過(guò)程是一個(gè)能量傳遞的過(guò)程，空氣中的熱量轉(zhuǎn)移到水。這表明這個(gè)過(guò)程不是能量轉(zhuǎn)換的過(guò)程，也不是通過(guò)電熱元件加熱水或燃燒的可燃?xì)怏w加熱水。空氣源熱泵釋放的能量交換的熱水箱，利用循環(huán)使氣體變成液體，從而在壓縮機(jī)工作過(guò)程產(chǎn)生熱量，熱量從液體制冷劑冷卻流到室內(nèi)，熱交換管和室內(nèi)空氣交換。

3 空氣源熱泵的特點(diǎn)

3.1 安全

因?yàn)槭褂每諝庠礋岜眉夹g(shù)的傳熱而不是直接電熱元件加熱，因此相對(duì)于電熱水器，空氣源熱泵已經(jīng)消除泄漏的安全隱患；相對(duì)于燃?xì)鉄崴?，沒有氣體泄漏的安全隱患，如一氧化碳中毒、與其他空氣源熱泵熱水器相比有更多出色的安全性能。

3.2 舒適

空氣源熱泵可利用再生能源，其加熱功能可以自動(dòng)開始根據(jù)水箱的溫度，熱水24小時(shí)全職可以達(dá)到足夠的供給，不會(huì)出現(xiàn)如燃?xì)鉄崴髂菢硬荒芡瑫r(shí)滿足多個(gè)自來(lái)水龍頭的現(xiàn)象，也不會(huì)出現(xiàn)小容量電熱水器那樣人們需要等待洗澡。相比于其他空氣源熱泵熱水器有充足的熱水，水產(chǎn)量和恒定的水溫可以設(shè)置，滿足舒適度的要求的熱水。

3.3 省錢

由于空氣源熱泵能耗只提供熱量的四分之一能源電熱水器，相當(dāng)于產(chǎn)生等量的熱水，空氣源熱泵的使用，電動(dòng)電加熱器只有0.25。在一個(gè)四口之家，例如，假設(shè)正常熱水消費(fèi)為200升/天左右，電熱水器加熱，電是大約4元/天，而空氣能熱泵需時(shí)約1元/天，只提供熱水的這個(gè)項(xiàng)目，所以家庭可以為電力每年節(jié)省約1000元。

3.4 在廚房里冷卻

廚房制冷是空氣源熱泵的最大優(yōu)勢(shì)，因?yàn)槠骄鶡崴鳎ㄈ珉姛崴?、燃?xì)鉄崴?、太?yáng)能熱水器等）生產(chǎn)熱水的同時(shí)，不能有制冷功能。如果廚房要額外的冷卻效果，就需要買一個(gè)空調(diào)在廚房里。因?yàn)閺N房油煙的特征是一個(gè)非常特殊的環(huán)境，所以廚房空調(diào)常見的空調(diào)是不一樣的，市場(chǎng)上同類型產(chǎn)品的價(jià)格一般在4000元左右。

3.5 綠色環(huán)保

燃?xì)鉄崴魅紵扇細(xì)怏w加熱，熱水生產(chǎn)熱水同時(shí)排放大量的二氧化碳、二氧化硫等有害氣體。但只有空氣源熱泵轉(zhuǎn)移周圍空氣的熱量，傳遞到水，這個(gè)過(guò)程是完全可以實(shí)現(xiàn)零排放，所以幾乎不影響環(huán)境，是真正的綠色環(huán)保熱水器。

3.6 低碳

如前所述，空氣源熱泵是逆卡諾原理，它使能量轉(zhuǎn)移到空氣中的水，不能直接利用電熱元件加熱，熱效率可以實(shí)現(xiàn)其等效系統(tǒng)電熱水器的4倍，大大節(jié)省了電能的消耗。

4 空氣源熱泵的主要用途及使用方式

空氣源熱泵主要有以下三種使用方式，并在目前廣泛使用，分別為空氣源熱泵地暖、空氣源熱泵中央空調(diào)、空氣源熱泵熱水器。

4.1 空氣源熱泵地暖

空氣源熱泵地暖通過(guò)將空氣中的低品位熱能經(jīng)過(guò)壓縮機(jī)壓縮后能量轉(zhuǎn)移轉(zhuǎn)化變成高溫?zé)崮埽瑢⑺疁赜稍瓉?lái)的低溫加熱升高到不超過(guò)60℃，通過(guò)加熱溫度升高后的熱水作為熱媒在專用供暖管道內(nèi)進(jìn)行循環(huán)，熱水管流經(jīng)地面裝飾層，地面在地面輻射和對(duì)流作用下溫度升高，熱量從建筑物地表逐漸向整個(gè)室內(nèi)空間輻射擴(kuò)散。尤其產(chǎn)生的熱量呈均勻分布，并且沒有熱風(fēng)感，有利于在提高人體舒適度的同時(shí)，達(dá)到保持環(huán)境中的水分、提高舒適度的功效。由于此工藝可以全天24小時(shí)的供暖，易于安裝，埋在地下，不占據(jù)室內(nèi)空間等諸多強(qiáng)大優(yōu)勢(shì)，并且還可以搭配不同的裝潢風(fēng)格，滿足家用與商用等不同需求。

4.2 空氣源熱泵中央空調(diào)

空氣源熱泵中央空調(diào)通過(guò)從室外獲取大量的、免費(fèi)的空氣中熱量，再通過(guò)有限的、較少的機(jī)械能將熱量轉(zhuǎn)移到室內(nèi)，實(shí)現(xiàn)1份電力產(chǎn)生至少3份以上熱量的節(jié)能效應(yīng)。由于空氣源熱泵的效率高，沒有任何污染物排放，并且也不會(huì)影響大氣環(huán)境，空氣源熱泵為業(yè)主和開發(fā)商選擇使用方便、綠色節(jié)能、運(yùn)轉(zhuǎn)高效的中央空調(diào)又提供了更加良好的一個(gè)選擇。目前市面上最先進(jìn)的渦旋強(qiáng)熱技術(shù)便是使用空氣源熱泵技術(shù)的中央空調(diào)。

4.3 空氣源熱泵熱水器

空氣源熱泵熱水器是在普通熱水器中通過(guò)裝載的空氣源熱泵，不斷把空氣中的低溫?zé)崃课者M(jìn)來(lái)，經(jīng)過(guò)壓縮機(jī)壓縮后轉(zhuǎn)化為高溫?zé)崮?，并以此?lái)加熱水溫。與傳統(tǒng)的電熱水器和燃?xì)鉄崴鹘厝徊煌氖?，傳統(tǒng)的熱水器均是通過(guò)消耗能源，例如燃?xì)夂碗娔艿葋?lái)獲得熱能，而空氣源熱水器是通過(guò)吸收、轉(zhuǎn)移空氣中的大量免費(fèi)熱量來(lái)達(dá)到加熱水的目的，在消耗相同電能的情況下可以吸收相當(dāng)于三倍電能左右的空氣中的熱能來(lái)加熱水，而且克服了太陽(yáng)能熱水器陰雨天不能使用、安裝占用大量屋頂空間、增加屋頂結(jié)構(gòu)荷載、影響建筑立面效果等諸多不便，具有高安全、高節(jié)能、使用壽命長(zhǎng)、無(wú)需排放有毒、有害氣體等綠色環(huán)保的諸多優(yōu)點(diǎn)?？諝庠礋岜脽崴骶哂懈咝Ч?jié)能的特點(diǎn)，在制造等同的熱水量的前提下，空氣源熱水器消耗費(fèi)用僅為電熱水器的1/4，甚至比電輔助太陽(yáng)能熱水器產(chǎn)生的能效更高。

空氣源熱泵作為一種先進(jìn)的熱泵技術(shù)，因?yàn)槠渚邆涫褂贸杀镜汀⒉僮骱?jiǎn)單、制熱效果好、安全可靠、綠色潔凈等多重優(yōu)勢(shì)，并且它可以把無(wú)處不在的空氣中的大量免費(fèi)能量作為主要?jiǎng)恿?，通過(guò)有限電能驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)能量的轉(zhuǎn)移，因此空氣源熱泵享有“大自然能量搬運(yùn)工”的美譽(yù)。與其他各種需要復(fù)雜配置、消耗不可再生能源、釋放有毒有害氣體等流程的工藝相比較，空氣源熱泵能在保證取熱功效的同時(shí)減少了傳統(tǒng)工藝對(duì)大氣環(huán)境帶來(lái)的污染，故應(yīng)大力推行，廣泛應(yīng)用。

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（責(zé)任編輯：王 波）