宋恩强
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摘要：暖通空调领域新能源热泵技术是基于节能减排、可持续发展理念而出现的，暖通空调的使用改善了人们的生活。而热泵技术的出现不仅满足了人们高质量的生活需求，同时在环境保护等方面也作出了重要贡献。与传统热泵技术相比，新能源热泵技术具有环保性、经济性等特征，应用价值大。在暖通空调领域，新能源热泵技术相对成熟。可以根据不同的环境采用不同的技术，如污水源热泵技术、地源热泵技术、地下水热泵技术、太阳能节能热泵技术等，推进暖通空调领域的可持续发展。
关键词：暖通空调；新能源；热泵技术
中图分类号：TK52 文献标识码：A
1 引言
随着经济的发展和人们生活水平的提高，人们对生活环境中的舒适程度越来越重视，各种建筑物中已经逐渐离不开暖通空调。暖通空调的应用和普及极大提高了人们的生活质量，但是所消耗的能源也非常多，大量数据表明，暖通空调所使用的能源占建筑物能源消耗总量的一半以上。基于目前我国资源能源短缺和国家大力倡导可持续发展的现状，暖通空调领域应该采用更加节能的新技术来有效降低能耗，而选择资源丰富并且能与环境实现统一的新能源是降低暖通空调能耗的有效途径。
2 新能源设计理念和暖通空调设计
2.1 新能源热泵技术设计理念简述
新能源热泵技术理念是为了迎合可持续发展战略提出的一种新型发展理念，旨在提升物的环保性能。当前阶段，随着社会大众环保意识的增强，新能源设计理念已经成为行业的主流指导理念。其内涵是通过自然规律和经济发展等诸多因素的综合考虑，加强工程项目建设中环保材料和新能源热泵应用技术的应用，以此实现能耗的降低。暖通空调是工程项目的重要部分，同样也适用于新能源设计理念。新能源热泵技术设计理念的提出对暖通空调设计人员作出了更高的要求，在新时期下，设计人员应该加强对流体力学、能耗分析等相关领域专业知识的学习，提升自身理论知识水平和技能经验，如此才能从能源、环保、经济等多个方面对暖通空调设计的思路和方法进行精确的把握。
2.2 新能源热泵技术下暖通空调设计原则分析
暖通空调领域设计的原则大致可以分为以下三个方面：其一，新能源环保原则。新能源环保原则要求暖通空调设计在材料选用方面做到高质量、低污染、低能耗，最好选用新型新能源环保材料。同时还应考虑到材料的回收利用以及日常维护问题。其二，节能性原则。暖通空调是能耗较大的部分之一，送风、制冷以及取暖等各个程序都需要消耗巨大的能源。节能性原则要求暖通空调设计应尽可能地降低能耗。其三，循环使用原则。循环使用原则要求暖通空调设计能够充分地利用能源，对系统内利用不充分或是未使用的剩余能源进行回收利用，促进能源使用率的提升，以此实现能源成本的降低，同时适当减少对自然环境的污染。
3 热泵技术的特点
3.1 经济性
与传统的加热技术相比，热泵技术最大的特点就是经济性。之前利用石油、煤炭作为加热能源，与新能源热泵技术相比，不仅经济成本较高，还是不可再生资源，不符合节约能源保护环境的理念，也不利于我国能源结构的调整。在企业中如果还使用石油、煤炭作为加热原料，不仅会提高企业的运行成本，还会造成环境治理成本。采用新能源热泵技术能够提高企业的利润，增强企业的市场竞争力。新能源热泵技术在使用过程中也具有经济性，不会受到周围环境的影响，更具有便利性。地源热量的存储量较大，方便采集和使用。热泵技术的投资收益较大，回收期较短。一般情况下，污水源热泵系统的静态回收期为3.5年，动态回收期为4.1年，内部收益率可达21%。因此与传统暖通空调的应用系统相比，具有较大的经济性。
3.2 环保性
与其他能源热泵技术相比，新能源热泵技术更具有环保性。在传统供暖模式下，主要采用点供暖的供暖方式，在其他条件不变的情况下，新能源热泵技术所造成的污染更小。使用地热能供暖的方式比运用电热能供暖污染减少60%左右。即使跟环保性较强的空气源热泵技术相比，地源热泵技术所造成的污染也要远远减少。环保性是新能源热泵技术最典型的特征，其利用这个优势，在暖通空调领域不断扩展。
4 当下暖通空调领域新能源应用存在的不足之处
其一，设计人员对暖通空调设计的相关标准规范缺乏充分认知了解。想要保障暖通空调领域设计工作的科学合理性，必须严格按照相关规范和标准开展工作。但是实际项目中，很多设计人员对相关新能源热泵应用技术规范和标准都缺乏全面的认知，导致暖通空调设计在许多细节方面存在缺陷，对后续施工带来了严重的不利影响。如，防火阀设计中，在穿越防火墙时忽略了防火阀，为工程留下安全隐患。其二，暖通空调设计不合理之处。一方面暖通空调系统设计的流程较为繁琐，为暖通空调的安装带来了许多不便。如，很多暖通通道采用的都是双侧连接的方式，即一侧和室内房间连接，另一侧和楼梯连接。这种方式违背了暖通设计的基本原则，带来了一定的安全隐患。同时一旦出现故障，也会对散热器以及换热器等设备的正常运行产生影响。另一方面，暖通设计工作缺乏针对性。针对不同的环境条件，暖通空调设计的标准和要求也应该做出一定的调整。但是在当前阶段的暖通空调设计中，设计人员普遍缺乏这项意识，没有充分考虑到外部自然因素的影响，导致相关设备的效能未能充分发挥。其三，暖通空调设计缺乏系统性原则。暖通空调领域设计涉及到了许多方面的内容，如排烟、排风、采暖等，一旦出现疏漏，将会对整个系统的运行造成阻碍。系统性缺乏是我国暖通设计工作普遍存在的缺陷，很多设计人员在工作中都未能对各种不同因素进行综合考虑，导致不良现象频发，为系统后期高效运行埋下了隐患。
5 热泵系统的分类
5.1 地源热泵
根据国家地源热泵系统工程技术规范规定：地源热泵系统是以岩土体、地下水或地表水为低温热源，由水源热泵机组、地热能交换系统及建筑物内系统组成的供热空调系统。国外上世纪60年代就已提出，并且快速商品化应用到商场、住宅及学校等场所。我国地源热泵起源于从上世纪90年代至今已有20多年的历史，经过国内众多学者的共同研究也已取得较大的进步。地源热泵系统既能制冷又能供热，一套系统取代了空调和锅炉两个系统，同时还可以提供生活热水。地源热泵在运行过程中通过输入少量的高品位能达到将低温环境中的热能转移到高温环境中的目的，实现为建筑制冷供热的目标，大大降低了暖通空调的能耗，提高了能源利用率。冬季供暖，压缩机对冷媒做功使其进行气-液转换的循环。地埋管中水路循环吸收岩土体、地下水或地表水的热量通过冷凝器中冷媒的蒸发转移到冷媒中，通过冷媒循环在蒸发器内冷凝产生的热量，该热量被风机盘管吸收送到室内为房间供暖。夏季制冷，压缩机对冷媒做功并且调节阀门改变冷媒流向。通过蒸发器内冷媒的蒸发通过风机盘管将室内房间中的热量转移到冷媒中，冷媒循环到冷凝器内冷凝将热量转移到地埋管水路循环中，由水路循环将该热量释放到岩土体、地下水或地表水中。
5.2 污水源热泵技术
污水源热泵技术主要采用污水作为供热原料，实际应用效果会受到当地污水的温度、污水的性能等因素的影响。
污水的性能较好、稳定性较高，其能够发挥的作用就越大，污水热泵技术能够得到更好的应用。污水源热泵技术主要是以污水作为冷热源，采用热泵原理实现供暖、制冷，为建筑领域提供了更加经济的热泵技术。污水源热泵技术不仅可以为企业带来巨大的经济效益，还可以为国家的节能减排作出重大贡献，有效缓解能源短缺、环境污染等问题。采用污水源热泵技术的主要优势有以下几个方面: 第一，污水源热泵技术是以城市污水为主要原料，通过该技术可以对废水进行回收利用，减少了水资源的浪费。第二，污水源热泵技术不仅有加热的功效，同时还有制冷的功能，运用一项技术可以达到加热与制冷的效果，其更具有便利性，同时也节约了大量的应用设备，为企业减少成本。第三，污水源热泵技术具有环保性的特点，其在应用过程中不会产生污染废物，也不会破坏周边环境。但是目前污水源热泵技术在应用过程中还存在着一定的缺陷，需要进一步发展和完善。
5.3 空气源热泵技术
空气源热泵技术引入到我国的时间较早，从20世纪50年代开始，空气源热泵技术就在我国得到了广泛应用。空气源热泵技术的环境效益与经济效益较为显著，其中使用到的空气资源在自然界之中是取之不尽用之不竭的，同时其也具备一定的清洁性能。而从经济效益的角度出发，整套系统运行效率经过多年技术应用于迭代在不断的提升，其受到地理因素、环境因素、时间因素的制约较少，其成本也较为低廉。因此，这种技术能够在功能性建筑与大型公共场所使用。近几年，随着我国北方几个省市先后推出“煤改电”政策，也使得这一热泵系统得到大量应用。然而，空气源热泵技术在应用过程之中也有以下几点缺陷，第一点缺陷在于空气源热泵技术的热输出功率较低，难以达到需求热载荷的实际需求；第二点缺陷在于空气源热泵在低温环境下运行时，压缩机会产生过热的现象，从而导致停机问题的发生；第三点缺陷在于空气源热泵在低温环境之中运行时，会发生COP值明显降低的情况，其低温适应性能较差，这也为空气源热泵技术的发展和广泛应用造成了实质性的困难。在空气源热泵应用时，相关工作人员应该考虑到室外环境的实际温度，从而避免室外机霜冻现象的发生，同时空气源热泵技术需要与其他类型热泵混合使用并进行多级压缩，确保空气源热泵的压缩机能够实现变频运行。
5.4 土壤源热泵
土壤源热泵也称为大地耦合热泵，与传统的空气热泵相比，它具有非常大的优势，深度很大的土壤在温度上没有大的波动，地表的空气和水则完全不具有这个特点。即使地表空气温度发生大的波动，对土壤温度也不会发生大的影响，所以，土壤比空气更适合作为热源，它能有效保证热泵系统的稳定性。土壤源热泵的优势主要在于，第一，可以取代以往取暖所用的锅炉和冷却塔，减少对空气造成的污染；第二，土壤源热泵不需要除霜，在回收土壤中热量的时候也不需要风机，能有效降低热泵系统的噪音。第三，结合太阳能集热装置，会大幅度提高土壤源热泵的制冷、制热效果。土壤源热泵的的劣势主要在于，第一，土壤的传热性较差，传递热能需要的面积很大，所以占地空间就会比较大；第二，埋设地下管道工程的难度较大，如果管道发生故障，维修起来不太容易。第三，土壤热度上升就会降低其导热能力，导致夏季排热能力降低。
根据热交换管敷设方式的差异，可将土壤源热泵进一步分为直接式和间接式以及水平式和垂直式土壤源热泵。在间接式土壤源热泵系统中，热源和蒸发器之间的传递能源的媒介是载冷剂或者盐水溶液，与直接式地源热泵系统相比，间接式使用的制冷剂充灌量较少，并且灵活性也比直接式的要高，不用安装制冷管路，所以整体的工程量较小。间接式土壤源热泵系统的缺点在于，因为增加了带有热交换器的额外流体环路，所以投资成本比直接式的高，而且温度下降速度也有所加快。直接式土壤源热泵因为投资较少，所以更适合在家庭中使用。它直接将蒸发器盘管埋在地下，这也是与间接式的不同之处。
5.5 太阳能热泵
太阳能属于可再生能源的一种，总量巨大且不存在使用限制，将其应用到暖通空调设计中可以很好地体现出环保、节能等原则。现阶段，太阳能在暖通设计中最常见的应用就是太阳能供暖系统。其主要是通过集热器、换水箱以及其它加热设备的科学配置将太阳能转化为热能，经过一定的处理之后输送到系统换热中心，之后转换为热水输送到地板采暖系统。太阳能供暖系统可以根据室内实际温度进行实时调节。但是在阴雨天气，供暖系统则是通过燃气辅助进行加热。这样既能够为居民提供温暖舒适的生活环境，同时还具备热水供应功能，为人们的起居生活带来了极大的便利。由此可见，太阳能节能新能源热泵应用技术在暖通空调设计中的应用能够极大得减少生产成本、降低环境污染、节省能源消耗。同时，太阳能供暖系统在使用寿命上也具备较大的优势，经济效益远高于传统供暖方式，因此具备较高的推广价值。
5.6 地下水热泵技术
地下水热泵应用技术和污水源热泵技术相似，都是运用水来达到供暖和制冷的效果。但是两者最大的区别就是水源不同。污水源热泵主要是以城市污水为系统运作基础，而地下水热泵技术则是充分利用地下水资源，实现热量交换。第一，地下深井水的优势是稳定性强、性能好，利用地下水实现热量交换更具有稳定性。第二，地下水热泵不同于其他的设备，其占地面积小，应用方便，故障率比较低。可以提高供暖、制冷的效率，设备出现故障的概率较低能够为企业节约大量的维修成本。第三，从施工角度看，地下水热泵技术施工比较简单、流程少，施工技术成熟，施工成本比较低。但是地下水热泵技术还存在着一定的弊端，在抽取地下水的过程中如果不重视对地下水的保护，会破坏地下水。在抽取地下水时也容易发生倒灌等问题，对周围的环境产生不利影响。
5.7 冰蓄冷系统优化新能源热泵应用技术
冰蓄冷系统优化新能源热泵应用技术的优势可以总结为以下两点：其一，节能降耗，低温送风。其二，经济效益显著。这种新能源热泵应用技术主要在夜间用电量较低的时段对冷量进行积攒，并在白天用电高峰期进行释放，以此实现电费支出的降低。在环境条件相同的情况下，冰的蓄冷量远高于水，因此蓄冷池容积相对较小，进一步降低了热量损失，实现了对能耗的有效控制。
6 结束语
热泵技术作为一种高效的节能技术对清洁环保的地热能、空气能、太阳能和污水能等新能源加以利用为建筑物制冷供热，起到了降低暖通空调的能耗和建筑总能耗的作用，实现了提高能源的利用率，节能环保的双重目标。尽管新能源热泵技术在暖通空调领域的应用发展仍有诸多技术障碍，随着技术的不断创新、工艺的不断优化，新能源热泵技术将会有巨大的发展潜力。
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