目前，由于热泵是一种转移热量的一种装置，采用热泵来蓄能时比较节能的。作为热泵蓄能的介质，主要有水和各种各样的相变材料。以下是这两种蓄热材料的对比： 蓄能方式 优点 缺点
目前，由于热泵是一种转移热量的一种装置，采用热泵来蓄能时比较节能的。作为热泵蓄能的介质，主要有水和各种各样的相变材料。以下是这两种蓄热材料的对比：
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蓄能方式
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优点
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缺点
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相变材料蓄热
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蓄能容量大，体积小，
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蓄热材料性质不稳定；成本较高
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水蓄热
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稳定，成本低
|
蓄热容量小
|
基于上述的原因，蓄热型热泵系统并未得到广泛的应用。其中水蓄热可以采用现成的消防水池来做蓄能水箱，具有投资低，冷暖兼用的特点。如果能解决其蓄能容量偏低的缺点，则水蓄能具有广泛的应用前景。
1
三维热泵的原理
本文旨在讨论一种新型热泵，这种热泵在原有热泵的基础上，巧妙地利用双四通阀切换系统，使热泵系统能将热量自由地在三种环境或物体中相互转移，为了很好地和原有热泵系统区分，所以形象地称之为三维热泵。如下图所示：
普通热泵只能使热量在两个物体中转移，而热泵可以使热量自由地在三个物体中转移，在这三个物体中，可以两个是使用端，也可以两个物体作为热源端，使能源可以得到进一步的综合应用。
下图表示的是三维热泵的系统原理图：
由于热量的转移非常灵活，可以非常广泛地应用在很多商业和民用场所。下面就
PHNIX
三维热泵在蓄热方面应用的可行性做一个简单的分析。
2 三维热泵蓄能应用简图
下面的图例描述三维热泵在冬季蓄热的应用原理。
a)冬天的蓄热
冬天白天气温高，室内热负荷低，三维热泵在给房间供暖的同时，有部分负荷多余，多余的负荷给蓄能水箱的水加热，直至水箱水温到达
47
度为止，由于气温较高，其能效较高。
b)
冬天的放热
冬天晚上气温低，室内热负荷大，系统首先通过蓄能水箱和机组同时给房间放热，当水箱温度低于
37
℃时，三维热泵通过吸收蓄能水箱的热量，经过热泵提升后继续给房间放热，直至水温低至
7
℃为止。
下表是同样
1
吨水，采用三维热泵蓄热和传统热泵蓄能的比较如下：
3
实际案例分析
3.1
案例基本情况：
甘肃武威回民大酒店，其建筑面积为
6000m2,
设计采暖负荷为
420kw,楼顶有一个
100T
的消防水箱，可以用来做蓄能水箱。
甘肃武威是典型的温带大陆性干旱半干旱气候
,
特点是降水稀少
,
气温温差大
,
夏季炎热而短促
,
冬季寒冷而漫长
,
太阳辐射强
,
日照充足
,
蒸发强烈
,
空气干燥。如能解决空气源热泵衰减的问题，则非常合适采用空气源热泵来采暖。
以最冷的
5
个月计算，武威的平均气温为
-4
℃，其日间平均气温在
2
℃左右，夜间平均气温在
-10
℃左右。夜间（晚上
7
时
-
早上
7
时）的平均负荷为
420KW
，日间（早上
8
时到下午
6
时）的平均负荷为
210KW
。
3.2
机组参数
采用
PHNIX
三维热泵机组
25P
机组，该机组的参数如下：
|
工况
|
空气源
|
水源
|
||
|
7
℃
|
2
℃
|
-10
℃
|
15
℃
|
|
|
制热量
(kw)
|
70
|
55
|
35
|
75
|
|
能效比
|
3.4
|
3.0
|
1.7
|
5
|
3.3
机组选型
如果没有蓄能，只能按酒店的最大负荷来选择机组，酒店的最大负荷出现在夜间，其负荷为
420KW
，此时机组能力为
35KW
，能效比为
1.7
。
所以，应选机组数量
=420/35=12
台，其能耗分析如下表
1
；
采用蓄能方案机组容量可以选小一些，下表
2
选择了
4
台普通风冷模块和
6
台三维热泵。
3.4
系统原理图
如下图所示
系统说明：
1
）白天：
a. 普通模块机组
M2
给房间采暖提供热量；
b.
三维热泵机组
M1
给蓄能水箱
V
的水蓄能，直至水温达到
50
℃；
1
）夜晚：
a
．夜晚，蓄能水箱首先给房间采暖提供热量；
b.
当蓄能水温下降至
40
℃时，三维热泵开启给蓄能水箱补充热量；
c.
当蓄能水箱水温降至
37
℃时，蓄能水箱停止向房间供热，这时，启动三维热泵，从蓄能水箱中吸收低位热源，经热泵提升后继续向房间供热；
d.
当水箱水温低于
7
℃时，三维热泵停止从蓄能水箱吸热，这时，普通热泵和三维热泵同时启动，同时从空气中吸收热量，向房间供暖。
3.5
能耗分析
4
总结
采用三维热泵的方案，机组数量由
12
台减少为
10
台（其中
6
台为三维热泵），机组容量减少了
16.7%
，增加了一些水管和水泵，利用现成的消防水箱，系统成本相当或略为增加，但是综合能效提高了
16.4%
，更为关键的是，三维热泵相当于是双热源热泵，它利用昼夜温差大的自然现象，白天蓄能，晚上通过热泵提升后再放热，使相同容积的蓄能水箱蓄能容量增加了
2
倍。对于昼夜温差大的区域如西北，华北等区域，其节能的优势更明显。同时，以下几点有必要注意和进一步改进的：
1） 如何将热泵制取的水温提高，将进一步减少蓄能水箱的容积，提高一次放热的比例，有助于提高综合能效比，这里
PHNIX(
芬尼克兹
)
已开发出出水温度
65
℃的北极星系列产品，该产品和三维热泵技术融合，将进一步提高蓄能的效率；
2） 如果结合太阳能做蓄能热源，会进一步提高蓄热能效比；
3） 如果有峰谷电政策，可灵活调节机组的工作时间，以获得更好的经济效益；
4） 在放热的系统中，采用变频水泵和电动混水阀，进行恒温放热，可以提高系统的稳定性。
总而言之，三维热泵配合蓄能水箱蓄热解决北方高寒地区的采暖问题，具有较大的可行性和经济性，符合国家的环保政策，具有较大的的经济效益和社会效益。
