地源热泵户型蓄冰中央空调的探讨

钱昭 何东

摘 要：随着经济水平的发展和人民生活水平的不断提高，人们对于居住环境要求也越来越高，空调的普及率在人们的日常生活中越来越广泛，在炎热的夏季，空调系统可以将环境温度调至人体的正常适应水平，保证工作和生活环境的舒适性，为人们生活带来了极大的便利。空调系统主要可以根据其制冷面积的不同分成两大类，一种是大型中央空调，适用于面积较大的公共场所空气制冷；另一种是户型中央空调，主要应用于家庭空气制冷。传统的户型空调的动力来源主要依靠空气源热泵来实现系统的控制，该种控制系统在空调使用过程中存在一些弊端，因此，目前我国户型空调的泵源主要向地源热泵方向发展，文章就将对此方面问题进行系统探讨。

关键词：空气源热泵系统；地源热泵系统；应用前景；蓄冰中央空调

1 户型中央空调在我国的发展与使用现状分析

1.1 空气源热泵户型空调系统的缺陷

我国传统的家用空调设备多是以空气源热泵作为核心制冷装置，该种空调设备在使用存在的问题正在日益显现。

1.1.1 空气源热泵户型空调的热源传输和控制媒介是以空气为主，但由于空气介质对环境变化的感受较为明显，因此，极易受到外部环境的影响而降低其使用效能，尤其是在气温相对较高的地区，该系统将会受到高温的严重影响使其原有功能失效，达不到空调的制冷效果。

1.1.2 该种户型中央空调在外部环境的影响下明显降低制冷效果，会受到使用地区气候条件的限制，在气温条件寒冷的区域，还容易输出现机体结霜现象，因此，其功效的发挥会严重受到温度条件的制约，多适用于中部以南地带，而不是和与气候寒冷的东北地區。

1.1.3 以空气源热泵作为核心制冷系统的空调设备不具备电能自动调节的功能，无论外部环境温度如何变化，其制冷温度都保持在同一水平，需要人工调节操作，因此，其相应的耗电量就会极高，产生的电费数目也较为可观，给人们的生活带来的不小的经济负担，因此，我们经常会见到空调买而不用的现象，使空调设备成为了摆设。

1.1.4 空调系统的使用处于安全性考量常常需要三相电源，但三相电源多适用于大型企业和公共场所的安装和使用，对于户型中央空调的安装和使用则会带来极大的不便，而且三相电源通常也会产生较大功率，增加耗电量。

1.1.5 在一些夏季气温较为炎热的地区，每年因家用空调产生的电能消耗量都极为可观，在总用电量中占据相当一部分比例，这就直接加大了电网系统的负荷量，引发了电力资源供应紧张的问题，因此，我们经常会听说南方高温地区实行拉闸限电的措施来保证电能的有效供应。

1.2 以地源热泵作为动力来源的户型中央空调的优势分析

与传统空气源热泵户型空调相比，新型的地源热泵制冷系统在运行中更为节能环保，也更加符合社会发展的要求。地源热泵的工作原理是通过在土地中埋设热源管道来实现与土壤之间的热能交换达到制冷制热的目的，其在系统运行中主要具有如下优点。

1.2.1 通过在土层中埋设管道，实现热源交换。冬季，空调系统会将从土壤中吸取的热量通过热泵转换传输到室内，提升室内温度；夏季，则会将室内的热量通过地源热泵系统传输到土壤中，实现室内制冷效果。这种系统充分利用了土壤资源的优势，大幅降低了空调系统的耗电量。

1.2.2 地源热泵空调系统由于其泵体管道埋设在土层下方，因此不易受到外部温度的影响，在冬季也不会发生结霜问题，延长了机体的使用寿命，省去了后续维修的费用，保证了其功效的发挥。

1.2.3 土壤源热泵不需要风机，可以减少噪声和热风污染，而且运行情况好于空气源热泵，有较高的可靠性。为用户的使用带来很大的方便。

1.2.4 也正是由于土壤温度的延迟作用，因而可以提高户型中央空调单机的制冷量。再加上夜间蓄冰，可减少白天机组制冷量，使机组压缩机容量减小，降低机组造价，同时还可以适应更多的单相电用户的需要。

1.2.5 夏季，即便是在夜间，土壤源热泵的冷凝温度也低于空气源热泵，因而可以减小制冷系统运行时的压缩比，这为户型中央空调利用低谷电蓄冰创造了极为有利的条件。

2 地源热泵户型蓄冰中央空调应用前景

2.1 小型别墅逐年增多，地源热泵户型蓄冰中央空调是富裕起来的城乡居民家庭空调的首选机型。这部分居民占我国人口的比例不大，但绝对数不小。

2.2 城市绿化面积扩大，也为一些低层住户和小型商业、办公用户提供了使用地源热泵户型蓄冰中央空调的条件。

2.3 工矿企业的办公、计量、化验、检测等附属用房也具有使用地源热泵户型蓄冰中央空调的条件。

2.4 据国外资料介绍，在定负荷运行情况下，蓄冷空调比非蓄冷空气调年节能率为13%。因此，蓄冷空调将得到国家重视和推广，并有可能获得国家补助，以降低用户的投资。

2.5 为解决电力负荷不均的问题，我国将进一步拉大峰谷电价比，与国际通行峰谷电价比例靠拢，以鼓励利用低谷电。与此同时，“峰谷电价”也即将进入家庭。

3 地源热泵户型蓄冰中央空调机组结构形式探讨

3.1 双热力膨胀阀

热力膨胀阀是最常用的节流元件，它是依靠蒸发器出口制冷剂的过热度大小来调整阀的开度，达到自动调节机组的制冷量以满足外界热负荷变化的需要。由于热力膨胀阀本身受其构造所限，导致其适用的温度及调节范围均小。由于制冷主机在空调工况或在蓄冰工况下运转，一般均在额定负荷下工作，因此其运行条件都相对比较稳定，更适合采用双膨胀阀。

3.2 双蒸发器

空调工况和蓄冰工况的蒸发温度差别较大，对同一台制冷压缩机，制冷量也有较大差别。为了提高蒸发器的传热效率和保证制冷压缩机的良好回油，机组应配置两台蒸发器，一台用于电力低谷段蓄冰，一台用于电力高峰段释冷量不足时，制取冷冻水供空调使用。

3.3 盘管外融冰

采用盘管外融冰方式蓄冷，盘管成为直接蒸发制冷系统的蒸发器，蓄冷箱内的水在盘管外表面结成一定厚度的冰，这不仅可以减小蓄冷箱体积，减少乙二醇水溶液的复杂流程和冷损失，还可以提高制冷系统的蒸发温度，增大机组的制冷量，降低机组成本。外融冰方式可让空调回水与蓄冷箱内的冰直接换热，融冰速度快，与空调回水混合后，可直接提供7℃的冷冻水。

4 结束语

由于自然环境的污染态势日益恶化，所以为了降低对环境的污染，我国政府大力提倡在家电领域实行节能减排政策，传统的家用中央空调系统主要是以空气源热泵作为空调系统的制冷装置，该种方式不仅对空调制冷效果有一定限制，而且还造成了电能的极大浪费，加大了电网的负荷量，对我国电力供应系统的正常运转带来不良的影响。对传统户型空调进行节能改造是未来空调生产行业的发展趋势，新型地源热泵户型空调的应用有效弥补了空气源热泵户型中央空调的缺陷，不仅保证了空调的制冷效果，而且还能够大幅度的降低耗电量，实现家用空调设备的节能减排，带来了较大的社会价值和环境效益。

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