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摘要：随着社会的发展，能源匮乏和环境污染成为人们面临的重要问题，因此节能减排成为社会发展的必然趋势。空气源热泵和能源塔热泵作为可再生能源的利用方式，在人们的生活中应用越来越多，本文通过对空气源热泵和能源塔热泵热水系统进行分析，对空气源热泵和能源塔热泵进行了对比研究
关键词：空气源热泵 能源塔热泵 研究
一、空气源热泵的工作原理
空气源热泵热水机主要由冷凝器、压缩机、储液器、过滤器、膨胀阀、蒸发器等部分构成，其工作原理如图1所示：
当空气源热泵机组运行时，低压状态下的液态制冷剂会流经蒸发器，此时其能够从温度相对较高的空气中吸收热量，并从液态变为气态。随后制冷剂会进入压缩机，通过压缩机做功使制冷剂的压力和温度升高，使之从低温低压制冷剂转化为高温高压的蒸汽。之后，压缩机将高温高压的蒸汽排到冷凝器中，在冷凝器中制冷剂将获取的热量传递给冷水，冷水吸热温度升高，而此时高温高压状态下的制冷剂则转化为低温高压的液态制冷剂，并从冷凝器流到膨胀阀中，并经过绝热膨胀过程降低压力，变成低温低压的液体，再次流入蒸发器之中并蒸发为气态。制冷剂在蒸发器，压缩机，冷凝器，以及膨胀阀之间不断地循环，从而将冷凝器中的低温冷水不断加热，直到降水加热到设定的温度。
二、能源塔热泵的原理和特点
能源塔热泵的原理是利用水和空气接触时的热质交换来将空气中的热量传递给水。在冬季，能源塔热泵机组需要消耗部分电能，并且通过利用氯化钙等冰点低于零度的载体介质来提取空气中的低品位热能，然后将其转化成大量的高品位热能，从而起到供热或者提供热水的作用。在环境温度较高的春夏秋三季，可以将能源塔作为热源来制取热水，并且在夏季还可以为热泵机组冷凝器提供冷却水，作为冷却塔使用。
能源塔热泵系统具有节能效果显著、环保作用突出、机组寿命长、应用范围广、系统设计简单、适用性强等特点。能源塔热泵系统的平均能效比可以达到4.5，具有显著的节能效果，与风冷热泵相比可节能30%以上；能源塔热泵系统利用空气中的能量，属于可再生能源，因此其工作时能够降低一次能源的消耗，同时减少废水、废气的排放，具有突出的环保作用；能源塔热泵相较于风冷热泵，在全年工作运行情况下磨损更轻，使用寿命更长；能源塔热泵应用范围广，由于其不受地质条件限制、不依赖于地下水、地表水，且噪音较小，能够适用于室外湿球温度高于-9℃的长江以南地区的特点，使其相较于地源热泵系统、水源热泵系统和风冷热泵系统拥有更广泛的应用范围。此外，相较于其他热泵系统，能源塔热泵在设计时需要考虑的问题更少，设计更简单，并且具有很好的适用性。
三、空气源热泵和能源塔热泵的对比研究
通过实验探究，空气源热泵和能源塔热泵在不同温度下加热相同体积的水升高相同温度的COP值如表1所示：
通过实验和表中数据进行分析，发现在冬季能源塔热泵的运行能效要高于空气源热泵，而在夏季情况下则正好相反，空气源热泵的运行能效要优于能源塔热泵。这是由于在冬季，长江中下游地区的气候湿冷，空气温度低，在温度低于5℃时冷凝温度就会低于0℃。在这样的条件下空气源热泵的冷凝器翅片会出现结霜的现象，这会对传热效果造成不利的影响，在其运行过程中需要进行不断的融霜来维持主机的正常运行，这就会严重降低主机的加热能力和效益。《建筑给水排水设计规范》规定冬季最冷月平均温度小于10℃时应设置辅助加热设备也是出于此原因。与空气源热泵不同的是，能源塔热泵实质上是一组水源热泵，热媒流体介质在蒸发器吸收冷量后排至能源塔，通过与空气的充分交换后吸收热量回到蒸发器继续吸冷。能源塔的作用实质上就是冷却塔的逆过程，也就是所谓的吸热冷凝，在冬季能源塔的流体介质需要在低于0℃的环境下工作，因此需要采取冰点较低的防冻剂。虽然能源塔和空气塔一样，最终都是在空气中抽取热量，但是由于不会出现结霜的情况，不需要进行融霜，因此系统的运行效率较高，这也是在冬季能源塔热泵比空气塔热泵运行能效高的原因。在夏季，由于环境温度较高，此时能源塔内空气与蒸发器介质的交换是冷凝和蒸发的平衡，而蒸发散热会影响能源塔的吸热效果，导致了能源塔热泵能效相對较低。
参考文献
[1] 陆戎. 能源塔热泵系统经济性能分析比较[J]. 安徽建筑， 2012， 19（2）：180-181.
[2] 宁贺彪， 曾令娥， 童丽萍，等. 高效能源塔热泵系统的应用前景分析[J]. 中国科技博览， 2015（22）：368-368.
[3] 徐维. 空气源热泵地暖系统冬季应用研究[D]. 合肥工业大学， 2017.
（作者单位：江苏大学）
关键词：空气源热泵 能源塔热泵 研究
一、空气源热泵的工作原理
空气源热泵热水机主要由冷凝器、压缩机、储液器、过滤器、膨胀阀、蒸发器等部分构成，其工作原理如图1所示：
当空气源热泵机组运行时，低压状态下的液态制冷剂会流经蒸发器，此时其能够从温度相对较高的空气中吸收热量，并从液态变为气态。随后制冷剂会进入压缩机，通过压缩机做功使制冷剂的压力和温度升高，使之从低温低压制冷剂转化为高温高压的蒸汽。之后，压缩机将高温高压的蒸汽排到冷凝器中，在冷凝器中制冷剂将获取的热量传递给冷水，冷水吸热温度升高，而此时高温高压状态下的制冷剂则转化为低温高压的液态制冷剂，并从冷凝器流到膨胀阀中，并经过绝热膨胀过程降低压力，变成低温低压的液体，再次流入蒸发器之中并蒸发为气态。制冷剂在蒸发器，压缩机，冷凝器，以及膨胀阀之间不断地循环，从而将冷凝器中的低温冷水不断加热，直到降水加热到设定的温度。
二、能源塔热泵的原理和特点
能源塔热泵的原理是利用水和空气接触时的热质交换来将空气中的热量传递给水。在冬季，能源塔热泵机组需要消耗部分电能，并且通过利用氯化钙等冰点低于零度的载体介质来提取空气中的低品位热能，然后将其转化成大量的高品位热能，从而起到供热或者提供热水的作用。在环境温度较高的春夏秋三季，可以将能源塔作为热源来制取热水，并且在夏季还可以为热泵机组冷凝器提供冷却水，作为冷却塔使用。
能源塔热泵系统具有节能效果显著、环保作用突出、机组寿命长、应用范围广、系统设计简单、适用性强等特点。能源塔热泵系统的平均能效比可以达到4.5，具有显著的节能效果，与风冷热泵相比可节能30%以上；能源塔热泵系统利用空气中的能量，属于可再生能源，因此其工作时能够降低一次能源的消耗，同时减少废水、废气的排放，具有突出的环保作用；能源塔热泵相较于风冷热泵，在全年工作运行情况下磨损更轻，使用寿命更长；能源塔热泵应用范围广，由于其不受地质条件限制、不依赖于地下水、地表水，且噪音较小，能够适用于室外湿球温度高于-9℃的长江以南地区的特点，使其相较于地源热泵系统、水源热泵系统和风冷热泵系统拥有更广泛的应用范围。此外，相较于其他热泵系统，能源塔热泵在设计时需要考虑的问题更少，设计更简单，并且具有很好的适用性。
三、空气源热泵和能源塔热泵的对比研究
通过实验探究，空气源热泵和能源塔热泵在不同温度下加热相同体积的水升高相同温度的COP值如表1所示：
通过实验和表中数据进行分析，发现在冬季能源塔热泵的运行能效要高于空气源热泵，而在夏季情况下则正好相反，空气源热泵的运行能效要优于能源塔热泵。这是由于在冬季，长江中下游地区的气候湿冷，空气温度低，在温度低于5℃时冷凝温度就会低于0℃。在这样的条件下空气源热泵的冷凝器翅片会出现结霜的现象，这会对传热效果造成不利的影响，在其运行过程中需要进行不断的融霜来维持主机的正常运行，这就会严重降低主机的加热能力和效益。《建筑给水排水设计规范》规定冬季最冷月平均温度小于10℃时应设置辅助加热设备也是出于此原因。与空气源热泵不同的是，能源塔热泵实质上是一组水源热泵，热媒流体介质在蒸发器吸收冷量后排至能源塔，通过与空气的充分交换后吸收热量回到蒸发器继续吸冷。能源塔的作用实质上就是冷却塔的逆过程，也就是所谓的吸热冷凝，在冬季能源塔的流体介质需要在低于0℃的环境下工作，因此需要采取冰点较低的防冻剂。虽然能源塔和空气塔一样，最终都是在空气中抽取热量，但是由于不会出现结霜的情况，不需要进行融霜，因此系统的运行效率较高，这也是在冬季能源塔热泵比空气塔热泵运行能效高的原因。在夏季，由于环境温度较高，此时能源塔内空气与蒸发器介质的交换是冷凝和蒸发的平衡，而蒸发散热会影响能源塔的吸热效果，导致了能源塔热泵能效相對较低。
参考文献
[1] 陆戎. 能源塔热泵系统经济性能分析比较[J]. 安徽建筑， 2012， 19（2）：180-181.
[2] 宁贺彪， 曾令娥， 童丽萍，等. 高效能源塔热泵系统的应用前景分析[J]. 中国科技博览， 2015（22）：368-368.
[3] 徐维. 空气源热泵地暖系统冬季应用研究[D]. 合肥工业大学， 2017.
（作者单位：江苏大学）