提取冷水凝固热的热泵系统技术方案

师云涛

（山西省交通科学研究院，太原 030006）

众所周知，任何热泵系统热源在应用过程中都存在一定缺陷，影响热泵系统的作用效果和节能水平。这就需要对当前我国各行业所应用的热泵系统综合分析，并按照分析结果制定合理的热泵系统技术方案。不仅如此，其间还需要分析提取冷水凝固热装置的运行状态，在解决热泵系统技术缺陷的同时，确保提取冷水凝固热技术在热泵系统中发挥最大的作用。

1 提取冷水凝固热的热泵系统

1.1 系统结构

为保证相关人员全面了解提取冷水凝固热的热泵系统，其间就需要对该种热泵系统实施有效分析，明确系统中各元件的作用效果，并保证各部分元件在热泵系统中发挥自身最大的作用。在对提取冷水凝固热热泵系统进行深入研究的过程中，人们应明确该系统是由热泵机组、凝固换热器、除冰设备、水箱、冷却塔、若干门阀和水泵组成的。由于该系统涉及的组成结构非常多，其在运行时会经由多个步骤，无形中加大该项热泵系统在运行中出现问题的可能。基于此，为了充分发挥热泵系统的作用和优势，首先就要熟悉热泵系统的系统结构，并明确各个系统在运行时所采取的方法。对于除冰装置来说，该装置在运行时通常采取液-固流化床方法，大量固体在水流的牵引下，会附着在换热器表面，在冰层破坏、剥离的条件下实现物质除冰的目的。不仅如此，其间还会应用砂粒这种物质，以有效提升除冰装置作用效果，这对于相关装置稳定运行来说非常重要。

1.2 运行原理

从提取冷水凝固热的热泵系统运行的角度来说，该系统运行主要表现在制冰和融冰两方面。在制冰时，热泵系统中冷水凝固装置并没有向末端系统提供热量[1]。而在融冰过程中，热泵系统中冷却塔能够有效吸收室外空气热量，借以实现融冰的目的。为缩短热泵系统在运行时投入的时间和能源物质，可以同时进行制冰和融冰工作，有效提升热泵系统运行效果。水箱中水源在经由水泵抽取的条件下，水源在引射器中会分离出一定数量的水砂混合物。同时，分离出来的水砂混合物进入换热器内部，借以实现水源热传递的作用。一般来说，换热器中存留一定数量的低温中间换热介质，导致水源在换热器内部会形成一层薄冰，同时释放出热量。与此同时，换热器中所形成的冰层会受到水流的不断冲击，继而产生冰浆。这种冰浆物质在与水砂混合物融合的条件下，会形成冰水砂混合物，有效实现热泵系统提取冷水的目的。在完成制冰工作后，人们应按照热泵系统应用范围和当地自然环境状态开展合理的融冰工作，通过热泵系统中各部分元件融冰工作，尽可能保证热泵系统制冰和融冰两项工作处于循环状态，在换热器内部中间换热介质的影响下，实现热能稳定传输的目的，借以保证热泵机组能够向系统末端传递热量。在热泵系统外部湿球温度发生变化时，水源在冷却塔中吸收空气中热量的能力也发生很大的变化。在这种条件下，人们就需要按照热泵系统在运行中所需要的热负荷对系统进行凝固潜热，避免热泵系统中换热器过度固化。同时，可以进行调砂阀闭合处理，将提取冷水凝固热泵转化成常规水源热泵。

2 提取冷水凝固热的热泵系统各项技术

提取冷水凝固热的热泵系统在运行过程中，会应用多种技术手段，从而提高提取冷水凝固热的热泵系统的运行效率和质量，并且可以避免运行时出现的多种问题，确保空调系统的安全、稳定运行。在对提取冷水凝固热的热泵系统中有关技术手段进行研究中，人们发现，各项技术手段与热泵系统运行稳定性之间存在紧密的联系，这就需要加深对各项技术的研究力度，以保证相关人员深入了解各项技术手段。

2.1 水箱容量控制

在冬季室外温度低于0℃的条件下，热泵系统中冷却塔结构并不能发挥融冰效果，导致热泵系统中融冰流程难以顺利开展，这对于热泵系统作用效果也有很大的影响。在这种条件下，人们就需要按照热泵系统中冷却塔结构运行模式提升建筑中供热负荷量，确保热泵系统中冷却塔能够在热负荷的驱使下稳定运行，为推进热泵系统中融冰工艺顺利开展提供有效参考依据[2]。不仅如此，在热泵系统实施融冰工作时，人们还需要将水箱容量控制在规定范围内，避免融冰过程中出现水箱容量不达标和水源外溢的现象。

2.2 制冰和除冰工艺

凝固换热器作为热泵系统的重要组成部分，保证凝固换热器运行的稳定性，能够有效提升热泵系统作用效果。因此，在热泵系统中凝固换热器运行时，相关人员要对室外温度变化趋势和其他方面因素综合分析，并按照分析结果和热泵系统运行模式选取适当的制冰技术。受热泵系统运行效果的影响，还可以应用流化床的方式支取符合热泵系统运行的动态冰浆并在特定的条件下采取类似的手段对热泵系统展开除冰工作。为保证热泵系统中制冰和除冰工艺顺利开展，在凝固换热器管外应添加一定数量的中间换热介质，确保管内低温水流能够在中间换热介质的影响下结冰，进一步实现热泵系统结冰的目的。目前，应用于热泵系统制冰和除冰工艺中的中间换热介质有很多，常见的包括氯化钙溶液、乙醇、乙二醇和甲醇这四种。通过对比分析，人们了解到这四种中间换热介质的性能参数和作用效果存在本质上的差异，如表1所示。基于此，人们就需要按照热泵系统运行状态和制冰和除冰工艺要求选取合理的中间换热介质，确保中间换热介质在热泵系统制冰和除冰工艺中发挥自身最大的作用。与此同时，附着在管内壁的冰层在流态化除冰装置的影响下会出现碎冰剥离现象，之后热泵系统就可以将碎冰和水流合成的冰浆通过换热器排放出来。从热泵系统换热器的角度来说，在选取换热器时，应保证换热管束口径符合相关要求，有效提升各类水源排放水平。除此之外，还应保证热泵系统换热器内部水流的畅通性，避免水流所带动的固体滞留在换热器内部。

表1 常见的中间换热介质及其性能参数

2.3 融冰工艺

对于热泵系统来说，通常采取冷却塔装置进行融冰处理，而且热泵系统中水箱内部还设有冰水分离隔板，这一装置能够保证水泵在短时间内抽取水箱中水源，借以推动冷却塔装置运行。在水源引入冷却塔装置之后，它会与室外空气发生换热现象，在对低温液态水进行加热处理的过程中，温度升高的水源会大量聚集在水池底部，之后在重力作用下流回水箱内部，使得空气中热量能够向水箱方向流转[3]。在对热泵系统中冷却塔装置进行深入分析时，人们了解到应用在热泵系统中的冷却塔主要有开式冷却塔和闭式冷却塔两种，这就需要对两种冷却塔装置综合分析，并按照室外空气状态和气候变化趋势选取适当的冷却塔模式，确保冷却塔装置在热泵系统运行中发最大的作用。对于开式冷却塔来说，其能够实现水与空气相互接触的目的，有效提升热泵系统相关设备换热效率。但是，应用开式冷却塔进行热泵系统融冰处理，还会出现水源蒸发损失的问题，这就需要在热泵系统运行时投入大量能源物质，从而影响热泵系统节能效果。对于闭式冷却塔来说，水源在换热管内部稳定流动，难以与空气相接触。尽管这种冷却塔装置能够从根本上控制热泵系统出现蒸汽损失现象，但是会导致系统换热效率下降，对于热泵系统运行效果也有很大的影响。

3 结语

热泵系统在建筑暖通空调系统中起到非常重要的作用，为保证热泵系统作用效果得以彰显，人们必须综合分析提取冷水固定热的热泵系统运行状态和运行原理等，并按照分析结果制定热泵系统优化措施，在提升热泵系统运行稳定性的同时，有效调节建筑室内温度，降低暖通空调在运行时的耗能量，为实现暖通空调节能改造的目的提供有效参考依据。不仅如此，本文还细致分析水箱容量控制、制冰除冰和融冰等热泵系统技术，以有效提升热泵系统运行效率，彰显该项系统的实用性价值。

[1]郑记莘.提取冷水凝固热热泵系统的研究[D].青岛：青岛大学，2017.

[2]郑记莘,吴荣华.提取冷水凝固热的热泵系统技术方案[J].暖通空调，2016，46（10）：140-142.

[3]孙德兴，张承虎，吴荣华，等.利用冷水凝固热的热泵系统与装置[J].暖通空调，2006，（7）：41-44.