解決空氣能熱泵制熱量和能效比衰減方案分析

獨立供暖的熱源設備主要有兩種，一種是采用天然氣燃燒的壁掛爐，一種是采用電驅(qū)動的熱泵。熱泵有分為地源熱泵和空氣源熱泵兩種，下表是兩種設備的比較：

通過比較可以看出，采用熱泵來做獨立供暖系統(tǒng)，在安全性，綜合造價，使用壽命，使用條件限制方面具有明顯優(yōu)勢，特別是一套熱泵系統(tǒng)既能滿足冬季的取暖需求，又能滿足夏季的空調(diào)制冷需求；使用的能源是最為普及的電力，相比之下，燃氣爐受供氣量，供氣管網(wǎng)等諸多限制；而且從環(huán)保性來講，燃氣爐畢竟還是有CO2的排放，而且消耗的是可以做其他用途的高品位能源，而熱泵消耗的是電力，雖然目前中國的大部分的電力來自非清潔能源-煤，但是，隨著核電，風電，太陽能發(fā)電和水電的進一步發(fā)展，中國的電力也將變得越來越清潔。從這三點來看，熱泵作為獨立供暖系統(tǒng)的熱源，具有巨大優(yōu)勢。熱泵的最大缺點是其制熱量和能效比隨熱源側(cè)的溫度下降而衰減。

如何解決熱泵的制熱量和能效比隨熱源側(cè)的溫度下降而衰減這個問題呢？目前有兩種解決方案。一種解決方案是采用地源熱泵，一種是采用空氣源熱泵+輔助熱源。

地源熱泵的熱源是淺層地表的熱量，經(jīng)過實際測量，在10米以下的地層，其土壤溫度恒定在10℃以上，土壤中的熱量都來自太陽。采用地埋管的形式，將土壤中的熱量交換到塑料管內(nèi)的水中，對于熱泵來講是非常穩(wěn)定的熱源。地源熱泵的應用很好地解決了熱源穩(wěn)定的問題。但是地源熱泵的應用也有如下的一些缺點：

1）必須有較大的土壤面積來埋管，實際應用中，每100m2的建筑面積需要的土壤面積為25m2以上；

2）埋管的費用較高，對于華北，東北等沖積平原的費用較低，但對于有些地質(zhì)條件不佳的地方，埋管的費用要占到整個工程造價的50%以上；

3）地源熱泵夏天將熱量從房間轉(zhuǎn)移到土壤里，冬天將熱量從土壤里轉(zhuǎn)移到房間里，如果這兩個熱量是基本平衡的，系統(tǒng)是安全和高效的，如果兩個熱量相差太遠，輕則導致系統(tǒng)的能效比下降，重則導致系統(tǒng)崩潰，無法正常制冷和制熱。

由于以上的缺點，地源熱泵的應用受到一些限制，特別是對于我們這個人多地少的國家，即使歐洲國家，其地源熱泵的應用也受到一些限制，其市場發(fā)展前景不如空氣源熱泵，下圖是歐洲2005年-2008年各種熱泵所占的市場份額。從圖中可以看出，2008年，空氣源熱泵占據(jù)了65%份額，地源只占據(jù)不到30%的份額，空氣源熱泵的市場份額呈逐年增長的趨勢，而地源熱泵則呈下降趨勢。

空氣源熱泵是吸收環(huán)境中空氣的熱量，將環(huán)境中空氣的熱量通過熱泵轉(zhuǎn)移到房間中，自然界空氣的熱量也來自太陽。但相比土壤比較穩(wěn)定的溫度而言，空氣的溫度波動較大，并且濕度也是變化的。空氣源熱泵明顯地克服了地源熱泵應用的極限性，具有安裝簡單方便，系統(tǒng)成本較低的特點。但空氣源熱泵的最大的缺點是制熱量隨環(huán)境溫度的下降衰減較大。普通的空氣源熱泵的應用的最低環(huán)境溫度一般不低于-5℃，如果低于-5℃，普通的熱泵無法獲得理想的應用效果，或者輔助熱源的規(guī)律較大。如何解決空氣源熱泵的衰減問題，是空氣源熱泵能否大規(guī)模在寒冷的氣候條件下應用的關(guān)鍵。