关于住宅用空气源热泵空调、供暖与热水设计要素的思考

摘要：在新形势下，高效环保的空气源热泵空调对节能减排减碳具有重要的社会价值和现实意义。本文从空气源热泵空调研究的进展、典型应用、挑战和发展这几方面对近年来的相关技术进行分析，探讨空气源热泵空调的优缺点，总结供暖与热水设计要素，为行业技术人员和相关学习者提供参考。

关键词：空气源热泵空调；供暖与热水；设计

近年来，煤炭对我国经济发展的依赖并未从根本上改变，继续占据着基本能源的位置。中国北方的环境污染持续时间长，污染程度高。环境改善应优先考虑冬季供暖阶段，这使得使用清洁能源而不是传统的煤炭对改善大气环境质量非常重要。

空气中的热量是一种低成本的能源，易于管理，也不会造成污染，同时，它也对环境极具友好性。热泵技术是一种成熟而广泛的利用空气能的方法。然而，在低温条件下，热泵系统的能效较低。太阳能作为一种纯粹的能源，也变得越来越重要。但太阳是间歇性的，能量密度低，分布不均匀。将这两个系统有效地连接到一个新的供暖系统将大大提高效率。充分利用清洁能源，满足建筑巨大的能源消耗，具有良好的社会效益和经济效益。

代表21世纪清洁能源的热泵空调可以降低能耗，减轻能源压力，消除供热采暖的负面影响。但是，当前阶段的热泵热水没有进行优化，出现了冻害、性能下降、运回水温度升高等问题，导致性能退化。本文阐述了热泵热水的优势和对加热系统的性能的影响以及改善措施，进一步提高热泵热水的加热性能，为热泵热水加热技术的发展提供了理论参考。

一、空气源热泵空调供暖技术研究

空气源热泵空调由电动机驱动。它使用的空气能源为低品位热源，通过空调冷凝器或蒸发器进行换热，然后通过循环系统提取或释放热能，并使循环系统的能量转移到用户侧的需求。优点：（1）空气源热泵安装相对简单。多为集成化模块化单元，无需设置专用机房即可安装，占用空间小。（2）管理控制相对简单。空气源热泵一般与自动控制系统集成，可实现温度自动调节、流量自动调节等常用调节功能，减少人为干预，节省管理人工成本。（3）与燃气、燃煤锅炉等常见冬季采暖方式相比，空气源热泵没有污染氮化物、硫化物PM2.5、PM10等燃烧外排物，不会对环境造成明显污染，能有效改善环境质量。

二、住宅用空气源热泵空调、供暖与热水设计的重要意义

现代社会不断发展，且经济水平不断提升，人们的生活质量也不断提高。生活品质的上涨，使得人们对于物质生活的追求也越来越高，并且城市化和城镇建设项目的不断增加在很大程度上推动了我国现代化建设的发展，对于建筑项目的功能和环境要求也越来越高。但建筑需求的提升和人们日益增长的需求使得能源方面的消耗越来越大，资源短缺已经成为人们所不可忽视的问题，这在很大程度上导致了经济发展与环境资源保护之间的不平衡，埋下了巨大的隐患。因此，无论是经济生产还是城市建设，空气源热泵空调、供暖与热水设计需要结合节能减排和环境保护的理念进行技术优化。特别是在建筑行业，随着居民数量和环境需求的增加，现代城市当中居住空间在不断增长的居民数量和环境需求下越发紧张，对能源的需求呈几何级数上涨，其中，建筑工程的空气源热泵空调系统是保证城市居民日常生活质量和生活舒适度的重要因素，能耗非常巨大。目前，在建设项目中，空调、供暖和热水系统消耗了大量的能源，并呈现出持续上升的趋势，给能源带来了巨大的压力。因此，有必要在建设项目中不断开展空气源热泵空调系统的节能设计与优化。

空气源热泵空调、供暖与热水设计节能理念的核心内容是在实际应用中采取一系列积极有效的措施，进一步降低建筑能耗，最大限度地消除建筑设计污染。根据我国的实际情况，将一些绿色设计理念融入到建筑设计中，对于整个社会的可持续发展具有重要意义。在实

际工作中，最重要、最基本的内容就是想方设法使建筑在使用中更加节能，将建筑工程各环节的能耗降至最低，通过多种节能措施的并行应用，有效地优化了传统的设计模式。在绿色设计的过程中，要充分利用各种可再生能源，结合建筑工程的实际情况，最大限度地利用各种可再生能源，降低不可再生能源的利用率。建筑环保是绿色理念最重要的应用方向之一，在实践中能否将空气源热泵空调系统设计与环保设计理念相结合，对整个建筑的节能具有重要意义。因此，应进一步加强绿色理念在空气源热泵空调设计中的应用，采取全方位的环保措施，最大限度地减少空调在运行过程中对周边生态环境的污染，从而有效地保证周边生态环境质量。

目前，空气源热泵空调能耗在建筑总能耗中所占比例较大。然而，随着人们绿色环保意识的不断提高，人们不仅关注建筑的价格和质量，也对建筑的环境和能耗提出了更高的要求。因此，在设计过程中，专业的设计师必须关注其建筑的能耗比例，特别是在住宅建筑的采暖、通风和空调设计中，必须把重点放在能耗上，坚持节能降耗的要求，遵循可持续发展的理念，不断提高和优化建筑能耗。在施工过程中，采用更先进、更科学的设计方案，提高建筑节能，降低能耗。

三、空气源热泵空调、供暖与热水设计现状

（一）过分重视空气源热泵空调系统的功能性

通过查询相关数据，目前我国空气源热泵空调系统节能设计存在很多问题，其中最突出的问题是在设计阶段。相关技术人员更注重功能性，而不注重节能性能。为了设计出更符合我国国家标准的空气源热泵空调，我国设计师一直在不断提高自己的专业技能。在这样的工作理念下，空气源热泵空调的节能设计有很大的局限性。甚至大部分的空气源热泵空调系统的节能设计根本没有发挥出来，这也直接导致我国的环境资源受到污染。同时，在设计过程中，也不能够为发挥节能效果而忽略功能性能，因此，设计人员应该在两者都兼顾到，取一个中间值，让彼此可以相互影响和相互促进。

（二）空气源热泵空调系统节能设计标准不科学

空气源热泵空调系统节能设计标准缺乏科学性，这是因为有些设计人员为满足设计标准而设计的节能系统，在实践中，空气源热泵空调系统的节能设计会存在不同的问题，直接导致空气源热泵空调系统节能减排效果不理想。从节能设计标准的分析来看，设计师的思维也被限制在固定的标准框架下。设计者更为重视把“合规”的设计方案，导致了空气源热泵空调系统节能设计标准的不科学。因此进一步优化标准，才能够保护我们的生活环境。

（三）空气源热泵空调节能设计方案不合理

在空气源热泵空调节能设计过程中，存在着空气源热泵空调节能设计方案不合理的问题，一些暖通设计部门忽视了暖通的节能设计，不愿意在暖通的节能设计上花费大量的时间，使得很多暖通的技术问题得不到很好的解决。实际空气源热泵空调能耗大，远远超过国家规定的能耗标准。暖通设计需要根据实际情况制定多个暖通设计方案，选择节能效果最好的方案进行使用，但是在实际的空气源热泵空调节能设计过程中，空气源热泵空调设计部门不愿制定多个空气源热泵空调设计方案，不愿对设计方案的优缺点进行细致分析，导致设计方案缺乏合理性，实际的节能效果较差。

四、住宅空气源热泵与太阳能联合供暖系统分析

空气源热泵空调的通用加热系统主要由空调系统、加热水箱系统和加热器组成。太阳能热系统由太阳能集热器、循环水泵等组成，捕获阳光并将其转化为热能。供暖系统中的加热水箱是储存多余太阳能的装置，在保证建筑热负荷不同步的前提下，能有效解决建筑内太阳辐射与供暖需求的矛盾。送风供暖系统由一个热泵热水（ASHP）组成，作为辅助供暖系统，太阳能供暖不足。当加热水箱内的热量以热能太阳能的形式传递给用户时，热端就

会升温。该系统可以在一个方面最大限度地利用太阳能，并减少节能辅助电源的使用。

太阳能耦合空气源热泵供能系统组合形式

（一）空气源热泵空调供热能系统

直接膨胀耦合供电系统的原理是用太阳能电池加热器代替节能减振器。在高温条件下，压缩来自压缩机，压缩机从冷凝器输出热量，从太阳能热蒸发器吸收热量，并将热量从室外传递到室内。这个系统的形状是不稳定的，因为辐射受太阳的影响更大。空气源热泵空调的概念出现于1955年。此后，许多科学家对相关系统进行了进一步的研究。进行了相应的实验，讨论了热性能参数及效果，并提出了相应的改进建议。

（二）连接系统

本系统是一组末端设备，通过加热水箱提供热泵循环，但每个循环之间互不干扰。太阳能集热器系统吸收的热量被传递到热泵系统的热交换器中，热泵系统中的热波通过圆形地和电容器引导到总装装置中。串联系统由于太阳能的波动相对较小，导致热水温度低，热泵效率低。太阳能系统运行的不稳定性可能导致热泵系统的传热效率低，降低热泵系统的能

效。联动系统的功率比单一系统高，但不需要额外的电磁热源。

（三）并联太阳热泵

热泵系统与空气源热泵热水在并联太阳能系统中相互连接，可以独立运行。该系统主要依靠太阳能驱动的散热器吸收太阳能，加热循环水，确保加热水箱的热水供应。太阳光线弱时，散热器的单运转不能满足要求，打开加热器进行通风。系统采用太阳能集热器在阳光明媚的天气加热，缩短了热泵热水的运行时间，从而尽可能的节约能源。

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