解決空氣能熱泵制熱量和能效比衰減方案分析

獨立供暖的熱源設備主要有兩種，一種是采用天然氣燃燒的壁掛爐，一種是采用電驅動的熱泵。熱泵有分為地源熱泵和空氣源熱泵兩種，下表是兩種設備的比較：

通過比較可以看出，采用熱泵來做獨立供暖系統，在安全性，綜合造價，使用壽命，使用條件限制方面具有明顯優勢，特別是一套熱泵系統既能滿足冬季的取暖需求，又能滿足夏季的空調制冷需求；使用的能源是最為普及的電力，相比之下，燃氣爐受供氣量，供氣管網等諸多限制；而且從環保性來講，燃氣爐畢竟還是有CO2的排放，而且消耗的是可以做其他用途的高品位能源，而熱泵消耗的是電力，雖然目前中國的大部分的電力來自非清潔能源-煤，但是，隨著核電，風電，太陽能發電和水電的進一步發展，中國的電力也將變得越來越清潔。從這三點來看，熱泵作為獨立供暖系統的熱源，具有巨大優勢。熱泵的最大缺點是其制熱量和能效比隨熱源側的溫度下降而衰減。

如何解決熱泵的制熱量和能效比隨熱源側的溫度下降而衰減這個問題呢？目前有兩種解決方案。一種解決方案是采用地源熱泵，一種是采用空氣源熱泵+輔助熱源。

地源熱泵的熱源是淺層地表的熱量，經過實際測量，在10米以下的地層，其土壤溫度恒定在10℃以上，土壤中的熱量都來自太陽。采用地埋管的形式，將土壤中的熱量交換到塑料管內的水中，對于熱泵來講是非常穩定的熱源。地源熱泵的應用很好地解決了熱源穩定的問題。但是地源熱泵的應用也有如下的一些缺點：

1）必須有較大的土壤面積來埋管，實際應用中，每100m2的建筑面積需要的土壤面積為25m2以上；

2）埋管的費用較高，對于華北，東北等沖積平原的費用較低，但對于有些地質條件不佳的地方，埋管的費用要占到整個工程造價的50%以上；

3）地源熱泵夏天將熱量從房間轉移到土壤里，冬天將熱量從土壤里轉移到房間里，如果這兩個熱量是基本平衡的，系統是安全和高效的，如果兩個熱量相差太遠，輕則導致系統的能效比下降，重則導致系統崩潰，無法正常制冷和制熱。

由于以上的缺點，地源熱泵的應用受到一些限制，特別是對于我們這個人多地少的國家，即使歐洲國家，其地源熱泵的應用也受到一些限制，其市場發展前景不如空氣源熱泵，下圖是歐洲2005年-2008年各種熱泵所占的市場份額。從圖中可以看出，2008年，空氣源熱泵占據了65%份額，地源只占據不到30%的份額，空氣源熱泵的市場份額呈逐年增長的趨勢，而地源熱泵則呈下降趨勢。

空氣源熱泵是吸收環境中空氣的熱量，將環境中空氣的熱量通過熱泵轉移到房間中，自然界空氣的熱量也來自太陽。但相比土壤比較穩定的溫度而言，空氣的溫度波動較大，并且濕度也是變化的?？諝庠礋岜妹黠@地克服了地源熱泵應用的極限性，具有安裝簡單方便，系統成本較低的特點。但空氣源熱泵的最大的缺點是制熱量隨環境溫度的下降衰減較大。普通的空氣源熱泵的應用的最低環境溫度一般不低于-5℃，如果低于-5℃，普通的熱泵無法獲得理想的應用效果，或者輔助熱源的規律較大。如何解決空氣源熱泵的衰減問題，是空氣源熱泵能否大規模在寒冷的氣候條件下應用的關鍵。