摘要：对热泵系统的分类及其特点进行了详细的介绍，进一步分析了热泵供热空调的能量消耗情况，指出使用新型的能源能减少对环境的破坏，从而促进营造一个和谐、无污染的社会。
关键词：暖通空调；新能源；热泵技术
前言
目前，我国经济建设方面的发展有了很大的进步，人们不仅 对生活工作的环境有了更加严格的要求，而且对室外环境也有了 要求。近年来，越来越严重的雾霾天气不仅影响着人们的出行，对人们的身体健康也产生了很大的危害。国家对治理雾霾天气也下了很大力度，例如，关停严重污染企业；治理一些大气排放非达标企业；私家车出行采用单双号限制等等，其中采暖热源也是大气污染的一个重要因素，所以，国家下大力气治理大气污染，在北京、河北等地率先取缔燃煤锅炉，采取“煤改气” “煤改电” “地热能、空气能采暖”等清洁能源，改善大气环境。
“煤改气”是指燃煤锅炉用天然气来取代，天然气被戴上了清洁能源的桂冠。其实天然气也是石化能源，也有清洁燃烧的问题，主要是燃烧过程中会产生大量氮氧化物，而雾霾的主要成分是 PM2．5，生成 PM2．5 的罪魁祸首就是氮氧化物。燃气锅炉对控制氮氧化物没有优势。北京的“煤改气”后，雾霾天数只升不降。而且我国天然气资源紧缺，用来“煤改气”的天然气严重不足，势必会影响到天然气供暖的稳定性。
“煤改电”是国家采取治理大气污染的积极探索的清洁、低碳、安全、高效新型能源消费方式的一项重要举措。但是，要是实施就必须落实政策、环境、电网等诸多因素，国家对用电采暖的政策能否长期、持续，非常重要。另外还需要大规模增加电网的供电容量，电网改造的投资巨大。对实施“煤改电”方案有一定影响。
热泵是建设绿色家园中不可缺少的产品，是节能减排高效的好产品，是真正清洁能源的方式。
1 热泵系统的分类及其特点
热泵通过对周围环境之中的热量进行一系列的吸收作用，然后将吸收获得的能量传递给那些需要获取能量的对象。热泵的工作机理与制冷机有一些类似之处，只是所需要的温度不同而已。一般情况下，热泵是由四部分构成，以支持热泵进行热量的传递的工作。第一部分就是驱动能源，热泵常用的一些驱动能源有煤气、柴油、电能、煤、汽油等等；第二部分是驱动装置，常用的驱动装置有蒸汽轮机、燃料发电机、电动机等等；第三部分是工作机；第四部分是低温热源，常用的一些低温热源有地热、太阳能、空气、工业废热、水等等，热泵利用这些低温热源，经过一系列的处理，将其转换为热能，供人类对其进行使用。
1．1 空气源热泵
1．1．1 空气源热泵的优点
空气源热泵原理就是通过利用逆卡诺原理，用比较少的电能，吸收空气中大量的低温热能，通过压缩机的压缩变为高温热能，是一种比较节能高效的热泵技术，该系统相对于其他的系统来说对能源相对节约，耗电量仅仅是电锅炉的 1 /4，并且该技术不会对环境产生污染。该系统一般使用电能作为其驱动能源，对其工作状态的控制能够更顺利、合理的完成，而且这个系统不仅仅能够进行热能的制造，还能够降低温度，应用范围较广，使用率相对较高。
1．1．2 空气源热泵存在的问题及目前解决的对策
虽然这种技术所具有的优点很多，但是其仍然有一些问题不可避免，该技术由于是依靠外界空气之中的能量进行产热的，外界空气的变化不受人为的控制，对产热工作会引起一些影响，所以在 实际的工作生活之中使用这种技术需要注意增加一些加热的部件，保证热泵的工作效果能够满足用户的要求。空气源热泵普遍存在以下几点问题：第一，热泵所输出的热功率与热负荷的要求相比较低；第二，空气热泵的压缩机在温度较低的情况之下运行会出现停机的现象；第三，在温度较低时，COP 的值相对较低。
1．1．3 解决问题的方法
空气热泵技术中存在的一些难点有待解决，可以从以下的三方面下手，第一，避免室外机发生霜冻的情况以及减少化霜的时间。目前，在黄河以北地区冬季干燥，结霜已经不再是主要问题，而且现在可以通过有效的化霜措施来解决。第二增强压缩机的 变频以及多级压缩的功能。第三，加强空气热泵与其他热泵进行耦合使用的技术。
1．2 地源热泵
地源热泵技术是一种利用地下浅层地热资源（也称为地源能，包括土壤、地下水、地表水等）的既可制冷空调又可采暖和提 供热水的高效节能空调技术。地源热泵通过输入少量的高品位能源（如电能），以地源能作为热泵夏季制冷的冷却源、冬季采暖供热的低温热源，同时实现建筑采暖、空调和生活热水的三联供。地源热泵可以根据使用材料的来源不同而分为两大类，一类就是 通过对地下水以及地表水进行利用的水源热泵，另一类就是通过对土壤进行利用的土壤源热泵。由于该技术在实际的工作之中不需要利用到其他的一些人工冷热源，所以这种技术可以被广泛的应用，对那些利用锅炉进行取暖以及市政管网取暖、中央空调取暖等方式进行替换。并且这种技术还可以为一些用户提供用水，不仅能够为用户提供冷、热的能量，还能够提供用水，使用非常的合理、方便，可以大范围的进行推广使用。
1．2．1 水源热泵特点
这种系统主要是通过对一些被废弃的矿井之中的地下水以 及井水进行人工提取，经过一系列操作之后而提供热能的一种形式。这种系统所利用的一些地下水以及地表水可以在利用完成 之后直接排放到一些地下水以及地表水之中，对其不产生污染。
水源热泵的特点是供给其 1 kW 电力，它能提供给用户4 kW热量。比空气源热泵节能 30%，比燃油锅炉采暖节能 50%，比电采暖节能 70%；夏季采用热回收，可免费提供生活热水；全年运行费用节约 40% 左右。
1．2．2 水源热泵存在的问题及解决方法
这种系统在实际的应用过程之中还存在着一些问题：1）一次 性投资高。水源热泵节能高达 40% 以上，但比一般中央空调投资 高 40% 左右，主要是打井的费用比较高。但它的运行费用低，地源热泵的高投入部分实际上是一种高回报投资。2）系统结垢。防治结垢的主要方法有：a．配备有效的软化水系统，定期对设备进行检查及维护保养，并对软化水进行化验，确保系统水质；b．配备脱气设施，降低水中空气浓度及溶解氧浓度，保证系统运行，减 少系统腐蚀；c．有计划的为系统添加缓蚀剂、杀菌灭藻剂及阻垢剂，保护设备及管件，降低腐蚀，杀灭水中细菌及藻类，减少粘泥 生成，阻止水垢的生成；d．定期对系统进行排污，定期清洗系统过滤装置。3）系统除沙。可适当增加除沙设备，并可多级串联使用，经常清理除沙设施，加密机组前过滤网并经常清洗，尽量防止 含沙量较大的水进入机组。4）系统水锤。水锤的预防措施：在热 泵取水系统中最常见的有启停泵水锤和开关阀水锤启泵水锤影响较小，其治理方法是设置泵的软启动装置；在管道的转弯高处加装自动排气装置；启泵前先将阀门关至 20% 左右，开启水泵待水充满后再逐渐开启阀门。5）土壤冷热不平衡问题。夏热冬冷地区的夏季供冷量往往大于冬季供热量，多出的热量可通过冷却 塔散去，也可通过余热回收系统，用于供应生活热水，从一定程度上缓解土壤热不平衡的问题。6）如果使用抽地下水那种地源热泵，对地下水和地质有不好的影响，保护不好会污染地下水，回灌不好会影响地基下沉。
1．2．3 土壤源热泵特点
该系统通过利用水等物质在埋在土壤之下的管道之中通过不断的流动，从而达到与土壤进行传热的行为，当暖通系统需要热能时，土壤源热泵将土壤中的热能进行传输，以供应能量。由于该系统仅仅需要一些传导热能的物质，所以该系统属于一种较为环保的装置。
1．2. 4 土壤源热泵存在的问题
1）初投资较高（打井、钻孔、埋管等），机组初投资比冷水机组增加 10% ～ 30%，主要是打井费用。2）对于土壤源热泵机组需要有一定的空间埋设埋管系统。3）施工要求较高，需要专业施工队伍和设备。4）冷热负荷平衡的问题。
1．3 太阳能热泵
1．3．1 太阳能热泵的特点
太阳能热泵能够进行采暖以及制冷两种工作模式。太阳能热泵采暖系统是将热泵技术以及太阳能技术相互结合而研究制 成的一种复合型的技术，所以该技术具有的系统是由热泵系统以 及太阳能集热的系统共同组成的。这种系统可以利用很少的电 能而产生很大的热能，热能基本是电能的数倍，高效率的对低温热源进行利用。
1．3．2 太阳能热泵存在的问题
这种技术对环境的污染没有污染，但是太阳能这种能源也存 在着不太稳定的情况，并且这种技术的投资费用相对较高，研究难度相对较大，为有关的人员提出了一定的难题。
1．4 污水源热泵
1．4．1 污水源热泵的特点
我国城市居民的生活污水量不断的增多，但是污水与江水、河水相比较其温度的变化情况相对较小，处于一个几乎稳定的状 态，具备一定的热能性质。该技术主要是以污水作为系统运行、工作的冷热源，利用热泵进行升温、降温等处理，为用户提供热 能、制冷等。污水源热泵在工作之中不会产生废气、废水等物质，对环境的影响较小，并且由于该技术可以采暖也可以制冷，所以 可以省去一些冷却塔、锅炉等设备的建设使用，大大的缩减对环 境的破坏，对能源进行大大的节约。
1．4．2 污水源热泵存在的问题
在暖通空调领域，污水源热泵在使用时可能会出现污水堵塞、污染换热器等情况的发生，所以还需要对该技术进行不断地研究。
2 热泵供热空调的能量消耗分析
2．1 热泵对能源的利用系数与传统方式的对比，不同的供热方式所产生的能源利用系数见表 1。
表1 不同的供热方式所产生的能源利用系数
其中，能源的利用系数 E 等于热泵对热量的供应量与对初级的能量所消耗的量的比值。
2．2 热泵对高位能进行了科学的利用热泵在提升低温的热源热量品位的过程之中，会利用到一定的高品位热量。在实际的工作过程中，首先需要热泵供热的系统 科学的利用高位能 W 将动力机进行推动，之后通过推动起来的动 力机将工作机进行驱动，这样工作机可以在低温的热源中对热能 Qe 进行吸取，并且在不断的工作之中将低温的热源温度进行提升，从而达到对暖通空调的供热，由 Qh = Qe + W 进行计算。β 表示热泵制热的性能系数，用 β = Qh /W = Qe /W + 1 对能量的效率进行科学的审核。
3 结语
在暖通空调的系统之中使用一些新型的能源，促进对环境的保护，但是这些新型能源的利用过程当中还存在着一些问题，有关人员应该加强对其的研究，早日解决这些问题。
参考文献：
［1］ 韩宗伟，王一茹，杨军，等． 严寒地区热泵供暖空调系统的研究现状及展望［J］． 建筑科学，2013（12）：124-133．
［2］ 马成岭． 浅谈地下水式水源热泵技术在暖通空调工程中的设计分析与应用［J］． 科技创新与应用，2015（3）：166．
论文作者:李克岩
论文发表刊物:《防护工程》2018年第32期
论文发表时间:2019/2/25
标签：热泵论文; 系统论文; 源热泵论文; 热源论文; 技术论文; 热能论文; 土壤论文; 《防护工程》2018年第32期论文;