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安艳平
（山西省安装集团股份有限公司，山西太原 030032）
由于我国的整体科技水平越来越高，国民生活中一些利民便民的设备，设施使用率也逐渐提高，其中空调作为人们冬夏不可或缺的温度调节设备，对于人们的日常生活舒适度保持有着重要的作用。与此同时随着时代的发展，人们也逐渐意识到，在使用空调的时候，可能会对环境造成一定负面影响，所以通过节能设计全面优化空气源热泵系统能够在很大程度上迎合绿色环保时代主题，从而有效为生态环境建设添砖加瓦。
空气源热泵属于空调的一种，具有比较强的温度调节能力，与常规的空调相比，空气源热泵在对温度进行调节的时候能够以较小的耗能获得最优空气调节效果。空气源热泵系统包括制冷和制热两种模式，与之相比，通常情况下，普通空调在制热方面的功能性比较弱[1]。这也是两者最主要的区别之一。空气能热泵目前普遍采用的名义制热工况是室外干/湿球温度-12℃/-13.5℃，超低温制热工况是室外干球温度-20℃。而普通家用空调执行国家标准《房间空气调节器》（GBT 7725—2004），名义制热工况是室外干/湿球温度7℃/6℃，低温制热工况是室外2℃/1℃，超低温制热工况是-7℃/-8℃。从产品的设计重点来看，空气源热泵侧重于制热，也就是采暖效果，重点在于设备的运行能够突破较低的环境温度（-25～0℃），以及在较低的环境温度下制热衰减低，能效要尽可能高。按照现行的标准，在-12℃环境温度下制热能效COP≥2.4，-20℃环境温度下制热能效COP≥2.0。传统空调是基于制冷为目的，附带制热功能，无法达到这个标准要求。空气能热泵在设计上应用补气增焓技术，能够提升系统在较低的环境温度下制热性能，达到制热不衰减以及能效的要求。对于制冷效用而言，空调和空气源热泵都能够发挥良好的作用效果，它们的工作原理也基本一致。此外，从主要功能作用角度来看二者也存在比较显著的区别，具体体现在二者的实际应用分工上。在实际生活中，因空气能热泵主要侧重于北方采暖，能够在-25℃正常运行，-12℃制热无衰减。人们往往利用空气源热泵进行制热，而普通空调主要是制冷为主，应用区域主要还是黄河以南地区。空调采用的是的普通压缩机，热泵空气能热泵采用的是带喷气增焓或二级压缩的压缩机。相比之下，空气源热泵应用范围更广，有更大的节能环保优势，所以说其有望替代普通空调成为人们生活中主要的温度调节工具。
2.1 能源消耗及废气排放
现阶段，空气源热泵节能设计和使用过程中比较显著的问题当属能源消耗和废物排放。根据上文内容可知，空气源热泵系统与空调相比具有更广阔的应用范围，同时其的工作能力也更加强大，但与之相对的是在推进空调应用的过程中，空气源热泵的制热功能所需要消耗的能源更多[2]。空气源热泵在运行中，蒸发器从空气中吸收热量以蒸发传热工质，工质蒸气经压缩机压缩后压力和温度上升，高温蒸气通过特制环形管冷凝器冷凝成液体时，释放出的热量传递给了空气源热泵贮水箱中的水，冷凝后的传热工质通过膨胀阀返回到蒸发器，然后再被蒸发，如此循环往复。整个工作过程需要大量的电力能源驱动。此外，空气源热泵的通风功能在落实过程中，也需要具备较大的能源消耗基础。在废气排放方面，空气源热泵系统运行过程中的高功率特性会使整体设备工作时产生更多的温室气体，这些气体将会由外机直接排放到自然环境当中，从而对环境保护和生态建设造成负面影响，甚至危害居民健康。
2.2 空气源热泵调节控制
除了能源消耗和废气排放问题之外，调节控制问题也是空气源热泵节能设计中一个至关重要且亟待解决的问题。具体来看，在当下的空气源热泵运行过程中可供选择的控制选项数量较少，在实际的空气源热泵机组调节控制工作中，相关人员大多数时候仅能针对空气源热泵模式进行控制管理，从而在不同模式下调节温度。归根结底，在使用空气源热泵时，大多数情况下，使用者仅能通过自身感受来进行盲目调控，这种现象最终导致部分空气源热泵使用人员在调节过程中无法有效控制温度，从而导致产生过冷或过热的极端环境，进而对环境中的体感温度不合适，从而再次进行温度调节[3]。如此一来，空气源热泵会在反复调节过程中处于高功率运行的状态，所消耗的资源也会由此增多，从而造成资源浪费，违反了节能设计的基本要点。除此之外，由于现阶段的空气源热泵系统本身具有局限性，比如，在夜晚使用者入睡后空气源热泵系统无法根据人体温度自适应调节，无法灵活地进行科学温度调控，从而影响居民的使用。总之，当下空气源热泵系统虽然具有较强的发展优势，但同时也存在一定的缺陷短板，节能设计人员应该充分结合空气源热泵实际特点对其资源使用和温度调节方面的能力加以优化设计，从而提高空气源热泵系统的整体使用有效性。
空气源热泵是通过热泵技术，利用逆卡诺循环原理，用少量电能驱动热泵机组，将热泵设备中的工作介质进行相变循环，把空气中的低温热能吸收升温，供应给室内，满足人们生活和生产中的供热需求。空气热能是指贮存在大气中的热能，主要来自太阳能，是可再生能源的一种形式[4]。热泵技术原理如图1 所示。
图1 热泵技术原理
根据图1 可知，在实际的空气源热泵系统运行过程中将水从补水管输入，让水依次经过保温水箱、循环泵、过滤器、膨胀阀、蒸发器、压缩机等设备设施之后，再次经过保温水箱输入供水管。与传统的技术设备运行相比，利用空气源热泵系统进行工作，在产生同样热能的前提条件下，空气源热泵所需一次能源更少，因此空气源热泵具有明显的节能减排效果。由此可见，结合空气源热泵系统的运行规律和结构特点，对节能设计进行深入探究并从基础原理角度对实际的节能调整加以优化设计可以获得比较显著的工作效果。理论上来说，与电加热相比，空气源热泵降低一次能源消耗约68%；
与燃气壁挂炉相比，空气源热泵降低一次能源消耗约36%。由此可见，充分发挥空气源热泵系统本身具有的节能性质，推动相关设计工作进一步优化举足轻重。
4.1 完善空气源热泵结构性能设计
空气源热泵主要由四大部分构成，即压缩机、蒸发器、冷凝器、膨胀阀。在具体的空气源热泵系统，节能设计优化过程中，从结构性能角度出发，落实设计优化工作非常可行。从空气源热泵系统的根本应用特性上来看，结合结构特点，对当下空气源热泵性能加以优化设计，并融合节能环保理念，提高结构性能设计科学性是不可或缺的工作内容。具体来看，对于结构设计而言，空气源热泵使用者在实际的安装过程中，应该聘请专业人员对建筑内部的具体结构和空间构成进行调研分析，在此基础上，根据室内的通风情况和空间大小合理设置空气源热泵。当然，结合空气源热泵自身的结构特性开展安装设计也是非常必要的工作内容，具体来看，空气源热泵系统的大体结构如图2 所示。
图2 空气源热泵系统结构
由图2 可知，在空气源热泵系统运行过程中，主要需要借助空气热交换器和热泵机组、热能交换器、储热水装置、室内地板等相关结构设施实现制热发热。具体来看，在运行过程中，空气源热泵系统能够在环境中吸收热量进而通过空气热转换器对从空气中吸收的热量进行循环处理，在膨胀阀和压缩机以及电能的共同作用下使热能进入热能转换器并通过水泵将带有热能的水输送至循环，从而借助室内地板的挥发作用，实现室内温度调控。由此可知，在实际的空气源热泵结构性能优化设计过程中，相关人员可以借助增大外部机组体积或提高排放口设置科学性等措施来提高空气源热泵运行过程中气体交换效率，从而有效降低运行过程中的能源消耗[5]。
4.2 推进废物排放处理的设计优化
空气源热泵系统节能设计中，一个比较显著的问题困境是其运行过程资源消耗较大，并且会在系统工作中排出促进温室效应的气体。因此，在实际的节能设计思考过程中，相关人员需要根据空气源热泵工作原理对当下的体系进行节能性设计，最大限度降低工作过程中的能源消耗同时改善废物排放量过多的问题，以实现节能环保的设计目标。具体来看，在节能设计过程中，工作人员可以立足于废物排放处理进行工作分析，由于空气源热泵系统所产生的废物主要成分为氟利昂，所以设计人员可以针对氟利昂的后续处理开展节能设计。例如，针对空调外部机组设置对应的储存装置，在空气源热泵运行过程中直接将产生的氟利昂进行集中收集储存，之后将氟利昂投入工业使用当中。也可以在室外机组附近设置小型的处理装置，借助化学材料和化学反应，将日常生活中使用空气源热泵所产生的氟利昂转化为对在环境无害的物质，从而降低废物排放量和空气污染性。
4.3 应用智能化控制技术开展设计
从社会整体的发展趋势上来看结合自动化智能发展特点，对空气源热泵系统进行节能设计优化是必不可少的研究发展方向之一。根据上文所提空气源热泵系统应用问题可知，在当下的空气源热泵使用过程中，由于夜晚人们对空气源热泵的使用要求有所变化，所以从智能化角度对空气源热泵系统进行节能设计，可以在很大程度上提高空气源热泵使用灵活性，有助于进一步满足居民的使用要求。例如，设计人员可以针对空气源热泵运行情况开展智能化建设，在空气源热泵室内机组当中设置相应的人体感应设备，从而使其在夜晚的工作状态中能够及时的根据身体对室内环境的感应进行合理的温度调整，在必要的时候自主进入待机状态，以减少消耗，从而有效降低运行过程中不必要的电力资源浪费，有效实现节能效果。
结合上文叙述进行综合分析不难看出，在当下社会科技发展和节能环保理念普及趋势下，对空气源热泵节能设计优化过程中的具体工作加以重视，能够有效提高空气源热泵的环境友好性。在实际的节能设计研究过程中，工作人员需要在充分了解空气源热泵系统的基础上，对当下空气源热泵节能设计中存在的问题进行深入探究，在此基础上根据空气源热泵系统运行原理，结合节能理念完善实际的系统节能设计，通过合理解决能源消耗和废物排放以及调节控制问题，推动空气源热泵系统节能优化，从空气源热泵结构、废物排放流程设计、系统智能建设等角度积极采取行动，为实现空气源热泵系统节能建设保驾护航。
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