解决空气能热泵制热量和能效比衰减方案分析

独立供暖的热源设备主要有两种，一种是采用天然气燃烧的壁挂炉，一种是采用电驱动的热泵。热泵有分为地源热泵和空气源热泵两种，下表是两种设备的比较：



通过比较可以看出，采用热泵来做独立供暖系统，在安全性，综合造价，使用寿命，使用条件限制方面具有明显优势，特别是一套热泵系统既能满足冬季的取暖需求，又能满足夏季的空调制冷需求；使用的能源是最为普及的电力，相比之下，燃气炉受供气量，供气管网等诸多限制；而且从环保性来讲，燃气炉毕竟还是有CO2的排放，而且消耗的是可以做其他用途的高品位能源，而热泵消耗的是电力，虽然目前中国的大部分的电力来自非清洁能源-煤，但是，随着核电，风电，太阳能发电和水电的进一步发展，中国的电力也将变得越来越清洁。从这三点来看，热泵作为独立供暖系统的热源，具有巨大优势。热泵的最大缺点是其制热量和能效比随热源侧的温度下降而衰减。


如何解决热泵的制热量和能效比随热源侧的温度下降而衰减这个问题呢？目前有两种解决方案。一种解决方案是采用地源热泵，一种是采用空气源热泵+辅助热源。

地源热泵的热源是浅层地表的热量，经过实际测量，在10米以下的地层，其土壤温度恒定在10℃以上，土壤中的热量都来自太阳。采用地埋管的形式，将土壤中的热量交换到塑料管内的水中，对于热泵来讲是非常稳定的热源。地源热泵的应用很好地解决了热源稳定的问题。但是地源热泵的应用也有如下的一些缺点：

1）必须有较大的土壤面积来埋管，实际应用中，每100m2的建筑面积需要的土壤面积为25m2以上；

2）埋管的费用较高，对于华北，东北等冲积平原的费用较低，但对于有些地质条件不佳的地方，埋管的费用要占到整个工程造价的50%以上；

3）地源热泵夏天将热量从房间转移到土壤里，冬天将热量从土壤里转移到房间里，如果这两个热量是基本平衡的，系统是安全和高效的，如果两个热量相差太远，轻则导致系统的能效比下降，重则导致系统崩溃，无法正常制冷和制热。



由于以上的缺点，地源热泵的应用受到一些限制，特别是对于我们这个人多地少的国家，即使欧洲国家，其地源热泵的应用也受到一些限制，其市场发展前景不如空气源热泵，下图是欧洲2005年-2008年各种热泵所占的市场份额。从图中可以看出，2008年，空气源热泵占据了65%份额，地源只占据不到30%的份额，空气源热泵的市场份额呈逐年增长的趋势，而地源热泵则呈下降趋势。



空气源热泵是吸收环境中空气的热量，将环境中空气的热量通过热泵转移到房间中，自然界空气的热量也来自太阳。但相比土壤比较稳定的温度而言，空气的温度波动较大，并且湿度也是变化的。空气源热泵明显地克服了地源热泵应用的极限性，具有安装简单方便，系统成本较低的特点。但空气源热泵的最大的缺点是制热量随环境温度的下降衰减较大。普通的空气源热泵的应用的最低环境温度一般不低于-5℃，如果低于-5℃，普通的热泵无法获得理想的应用效果，或者辅助热源的规律较大。如何解决空气源热泵的衰减问题，是空气源热泵能否大规模在寒冷的气候条件下应用的关键。

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