热泵技术与建筑节能

　　□云南师范大学太阳能研究所范亚云夏朝凤兰青□云南省太阳能协会李军凯近年来，随着城市的发展。环境的整洁，清洁文明城市的创建，太阳能与建筑一体化"已成为我国建筑节能技术领域的重要课题/太阳能与建筑一体化"就是把太阳能产品作为建筑部件安装，使其有机结合起来，符合建筑美学要求，同时尽可能利用太阳能等新能源和可再生能源替代常规能源，以减少建筑能耗对常规能源的依赖关系，降低建筑能耗占我国总能耗的比例，并提高常规能源利用率。无论从经济角度和环境角度，都具有重大的现实意义。

　　热泵技术就是能有效地降低常规能源能耗，提高其（主要指电能）利用率的建筑节能新技术，是便于在太阳能建筑一体化的实施中综合利用太阳能、地热能、风能等绿色能源及其复合系统，全面解决建筑物供热、采暖、制冷空调等能耗问题的建筑节能新技术/太阳能供热制冷技术开发与示范"中的"太阳能供热制冷技术'实际上就包含热泵技术。因它的运用还有利于废热余热的回收利用，减少大气污染和C2排放，所以，热泵技术是符合环境保护要求的可持续发展的节能新技术。

　　热泵原理与节能特性热泵的构造、原理与制冷装置相同，它们都是在一定的能量补偿条件下将低显位热源的热量送到高温位的热源中去，所依据的热力学原理完全相同，但因其使用目不同，它们工作的温度范围也有所不同。制冷装置是消耗了电能从被冷却物体处取出热量并维持这个低温源来实现供冷，而热泵则是消耗：了电能，将低温位（环境）的热量连同压缩40梏设科按2003.12机工作消耗的机械功转换成的热量一起送到高温位热源来实现供热。制冷机工作时的下限温度是制冷温度（或被冷却物体的温度）Td，上限是自然环境（空气，水等）的温度T，T>Td，而热泵工作的下限温度是自然环境的温度T，而上限温度是供热要求温度，即制热温在大自然中蕴藏着大量的较氏温度的热能，而建筑供热*终需要的只是20-25X：的低温热能。这种低温热能若是通过电锅炉加热或矿物燃料燃烧产生的高温热能来获得，则意味着大量可利用的高品位能的流失，把高品位的能量当作低品位能量使用，是"能质不匹配"，也是一种不可忽视的常规能源的浪费。而热泵正是以大自然中蕴藏着大量的较低温度的低品位热能为热源，如以大气，地表水、地热、太阳能或工厂排放的废水（气）为热源，通过压缩机的工作从这些热源中吸取其中蕴藏着的大量较低温度的低品位热能，并将其温度提高后再传给高温热源。

　　供热用热泵的能耗比Cop值（即建筑所获得的热能与热泵压缩机所消耗的电能之比可达3-6，即当驱动压缩机的功率为1kW时，可望在高温热源处得到3-6kW的热能。所以，采用热泵技术为建筑物供热可节省燃料和电。能的消耗，降低运行费用，节能效果突出。热泵若以太阳能。地热能力热源，即为太阳能热泵和地源热泵，又可开发利用太阳能、地热能等可再生能源。

　　热泵技术与建筑节能建筑能耗主要是以采暖和空调为主，要减少建筑能耗在国家总能耗中所占的比例，就是要尽可能地利用大自然中蕴藏着的低温热能、太阳能、风肯巨、地热能等可再生能源和节能热泵技术，替代常规能源――电能和煤炭、石油等矿物能，满足建筑物的采暖和空调要求。

　　建筑的空调系统一般应满足冬季的供热和夏季制冷两种相反的要求。热栗技术使机组在夏季以制冷机模式运行，副产品是热水，可兼顾沐浴和其他生活用热水：在冬季以热泵供热的模式运行，所产6CTC左右热水可供沐浴用，也可作为采暖空调的热源。若热泵机组在夏季也以热泵供热的模式运行，除产60°C左右热水可供沐浴用之外，还可得到较冷空气或近冰点的冷水，作为空调制冷的冷源。这样一机多用，灵活方便，一套系统可以代替原来的电锅炉和制冷机两套装置。而且系统紧凑，省去了锅炉房和冷却塔，节省了初投资，也节省了建筑空间。所以，可根据不同地区的建筑在不同季节的不同要求，因地制宜地综合利用太阳能、地热能和周围环境中的低温热能等可再生能源，采用少量电能这种清洁能源驱动压缩机工作，为建筑物供热和空调制冷，既满足了减少建筑能耗的要求，又避免了供暖和空调造成的大气污染问题。

　　热泵种类及建筑应用目前热泵所用的热源主要有气（空气、工业废气、大地土中的地气）、水（江、河、湖、海、井、泉的地表水、地下水和工业废水。生活废水）、岩石土壤和太阳能等。热泵按其所用热源不同可分为气源热泵、水源热泵、地源热泵和太阳能热泵四大类。水源热泵又可进一步分为地表水主动式和被动式太阳能采太阳能供暖方式可分为主动式和被动式两大类。主动式是以太阳能集热器。管道、风机或泵。散热器及储热装置等组成的强制循环太阳能采暖系统。被动式则是通过建筑朝向和周围环境的合理布置。内部空间和外部形体的巧妙处理以及建筑材料和结构。构造的恰当选择，使房屋在冬季能集取。保持。储存。分布太阳热能。从而解决建筑物的采暖问题。运用被动式太阳能采暖原理建造的房屋称之为被动式采暖太阳房。主动式太阳能采暖系统主要由暖通工程师完成。被动式采暖太阳房则主要由建筑师来完成。

　　由于主动式太阳能采暖系统复杂。设备多。所以初投资和经常维持费用都比被动式太阳能采暖高。我国是发展中国家。经济发展相对落后。从国情出发，采取的政策是优先发展被动式太阳能采暖。

　　热泵、地下水热泵。各类热泵在建筑中的应用如下：**，气源热泵。气源热泵在供热工况下以室外空气作为低温热源，可以说资源是取之不尽用之不竭的，从空气中吸取低温热量，经热泵提高温度后用于加热生活用热水，被取走热量的较冷空气还可通入建筑物内作空调用。空气源热泵系统简单，初投资较低。但空气源热泵的缺点是热源的热容量小、温度不稳定，受环境气温的影响较大，不容易获得稳定的运行工况，因此不适用于寒冷地区，在冬季气候较温和的地区，如我国长江中下游地区、云南西南卩热带和亚热带地区适用。

　　第二，水源热泵。在冬季气温寒冷的地区一M采用水源热泵中的地下水热泵。地下水源热泵系统需要有丰富和稳定地下水资源作为前提。由于地下水在不受干扰的情况下常年可保持'1定的温度，在冬季远高于室外的温度，在夏季又远低于的室外温度，因此（地下）水源热泵可克服气原热泵受环显影响较大的障碍，具备稳定的运行工况，大大提高热泵在冬季的制热效率。据调查，在云南省的丽江和中甸地IE，地下水的温度常年保持在2°C左右，在中甸地区严寒的冬季，室外气温在-26°C时也不例外。故不难理解在冰天雪地的严寒冬季，地下水源热泵仍可提供60°C左右热水的"神话"了。

　　地表水热泵系统的热源是江、河、湖、海或溪中的地表水。在靠近地表水的地方利用自然水体作为热泵的低温热源是很值得关注的一种水源热泵型式。相对空气源热录而言，地表水源热泵的热源还是稳定的。一定的地表水体能够承担的冷热负荷与其面积、深度和温度等多种因数有关，需要根据具体情况进行计算。据估算，若以昆明滇池的水体作为地表水热栗系统的热源，则地表水热泵使滇池水的温度降低rc所提取的热量，就足够满足全昆明市的供热要求了。

　　第三，地源热泵。地源热泵系统是利用地下岩土中热量，通过循环液（水或以水为主要成份的防冻液）在封闭地下管道中的流动，实现系统与大地之间的传热。在冬季供热过程中。流体从地下收集热量，再通过系统把热量带到室内。夏季制冷时系统逆向运行。即从室内带走热量。再通过系统将热量送到地下岩土中。因此。地下耦合热泵系统保持了地下水热泵利用大地作为冷热源的优点。同时又不需要打井抽取地下水，是一种可持续发展的建筑节能新技术。

　　第四，太阳能热泵。太阳能热泵是将空气热源改为太阳能热源，利用热泵直接收集或间接利用太阳能的装置。根据太阳能利用的方式可分为直接蒸发式太阳能热泵和采取太阳能制取的热水作为低温热源的水源热泵。

　　直接蒸发式太阳能热泵是将热泵机组的蒸发器做成太阳集热器。则蒸发器也就成为"热源"，太阳集热器源源不断地收集到太阳辐射能的低温热能约10-30'C.它直接作用于蒸发器中流动的工质――热媒，使其迅速蒸发汽化，通过热泵机组压缩机的作用。在冷凝端可使冷凝水的温度达到60'C左右。作为采暖的热源和供热水之用。

　　这种系统由于集热温度低。即使一层普通玻璃盖板的涂有黑漆的集热器。

　　集热效率也可达70%左右=甚至不用玻璃亦可以。集热板涂成与建筑屋顶协调的其它颜色也可以（不一定涂成黑色L所以。比太阳热水器更能适应建筑美学的要求。且集热成本很低。太阳集热器（即热泵的蒸发器）可以做成建筑物的一个零部件，南向放置在建筑的坡屋面上。亦可以挂在室外墙壁上或阳台。过道等空气流通处；不一定像太阳集热器那样非要南向放置。因为热泵机组可以直接收集太阳能，亦可通过环境气温来间接地吸收太阳能。

　　采取太阳能制取的热水作为低温热源的水源热泵是指热泵与太阳热水器的复合装置。采用太阳能热水与水源热泵的复合装置系统时。不仅可以提高供热介质的温度，再设有储热水箱（起蓄热器作用）。还可延长采暖时间（在夜间或阴雨天没有太阳直接辐射能时都能采暖）。使热泵运行工况趋于稳定。

　　太阳能热泵既能够提供生活用热水。又能兼顾采暖和制冷空调。可以是整体式的，亦可以是分体式的。形式多样。安装灵活，便于在太阳能建筑一体化上的安装和太阳能在建筑上的综合利用。

　　在实际运用中要根据各地的气候特点和环境条件。考虑到容易取得。投资少、无腐蚀。热容量大。热泵安装使用方便。运行时工况稳定等条件因地制宜来选择热泵的热源并确定热栗类型。在与太阳能及其它能源结合的复合能量系统中。要注意各种能量的优化配置。以达到扬长避短。充分发挥优势作用的目的。U