(论文)太阳能热泵技术及应用

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1、太阳能热泵技术及应用1引言随着经济发展和科技的进步,能冤和环境问题已成当今世界突出的两大社会问题。能源是现代社会存在和发展的物质基础。随着世界人口和经济的迅速增长，能源的消耗急剧增加，伴随着能源的巨大消耗，大量未经处理的废气废物排放到周围环境中，导致环境的严重污染。在能源的消耗中，建筑能耗占很大的比重。在发达国家，建筑能耗占社会总能耗的25%—40%。而在建筑能耗中，供暖，空调，制冷，供热水的能耗占总能耗很大一部分。一美国为例，建筑能耗占总能耗的33.6%，其中用于采暖53.3%(占总能耗电7.9%),热水供应12%(占总能耗4%),空调7.4%(占总能耗2.

2、5%),制冷6.5%(占总能耗2.2%),其它20.8%(占总能耗7%)。也就是说,建筑能耗中约有80%(占总能耗的26.6%)用于采暖,空调和热水供应。我国的建筑能耗占总能耗的比重也达15—20%。因此，在建筑物中利用太阳能,采用高效节能的供热空调方式，对于缓解能源紧张和环境污染问题具有重要意义。世界各国将发展太阳能作为一项重要的能源政策,积极鼓励利用太阳能。我国是一个太阳能资源十分丰富的国家，我国处于北半球，幅员辽阔，大部分地区位于北纬45о以南。我国各地区太阳辐射量相差很大，大致在3348-8371MJ/m2.a之间，平均5860MJ/m2.a，年日照小

3、时2000-3000小时。太阳能的热利用技术经过多年的发展，已成为太阳能利用中最成熟，应用最广泛，产业化发展最快的领域。太阳能是一种可再生“绿色”能源，随着油气日益紧张，电力短缺，太阳能的应用受到越来越多的关注。新的节能设计标准明确提出鼓励使用太阳能热水器。国家颁布的《可再生能源法》中也明确规定：国家鼓励单位和个人安装和使用太阳能热水系统等设施。热泵技术是一种新型的节能制冷制热技术，长期以来主要应用于建筑物的采暖空调领域。因热泵制热在节能降耗及环保方面的良好表现，生活热水供应系统也越来越多地采用热泵设备作为热源。在太阳能中央热水系统中，空气源热泵无疑是一种比较

4、理想的辅助加热设备。其结构简单，安装方便，不需专用机房，在生活而水供应方面具有不可替代的优势。该系统中，采用一种新型的低温太阳能辅助的空气源热泵机组和太阳能集热系统结合，太阳能和热泵互为辅助热源，最大限度地利用太阳能，解决阴雨天气及冬季环境温度较低，太阳光照不足时热水供应保障率，做到全年全天候供应热水。太阳能与热泵的结合，将太阳能集热系统作为空气源热泵系统的热源，其目的在于取长补短，使二者互为补充，互为备用，较好地解决二者各自存在的缺陷：太阳能主要缺陷受季节和天气影响较大，热流密度低；空气源热泵的主要缺陷是供热能力和供热性能系数（COP）随环境温度的降低而降低

5、；太阳能系统中的集热器在低温时集热效率较高；热泵在其蒸发温度较高时效率较高。在太阳日照充足时优先使用太阳能加热热水；当太阳日照不足，阴雨天气或寒冷季节，利用太阳能集热器产生的低温热水作为空气源热泵的辅助热源，从而改善热泵的运行工况，提高其制热性能。2太阳能热泵技术的原理及特点太阳能热泵一般是指利用太阳能作为蒸发器热源的热泵系统，区别于以太阳能光电或热能发电驱动的热泵机组。它把热泵技术和太阳能热利用技术有机的结合起来，可同时提高太阳能集热器效率和热泵系统性能。集热器吸收的热量作为热泵的低温热源，在阴雨天，直膨式太阳能热泵转变为空气源热泵，非直膨式太阳能热泵作为加

6、热系统的辅助热源。因此，它可全天候工作，提供热水或热量。2.1　太阳能热泵的分类根据太阳集热器与热泵蒸发器的组合形式，可分为直膨式（direct-expansionsoalar assisted heat pump，DX-SAHP）和非直膨式。在直膨式系统中，太阳集热器与热泵蒸发器合二为一，即制冷工质直接在太阳集热器中吸收太阳辐射能而得到蒸发。在非直膨式系统中，太阳集热器与热泵蒸发器分设，通过集热介质（一般采用水、空气、防冻溶液）在集热器中吸收太阳能，并在蒸发器中将热量传递给制冷剂，或者直接通过换热器将热量传递给需要预热的空气或水。根据太阳能集热环路与热泵循环

7、的连接形式，非直膨式系统又可进一步分为串联式、并联式和双热源式。串联式是指集热环路与热泵循环通过蒸发器加以串联、蒸发器的热源全部来自于太阳能集热环路吸收的热量；并联式是指太阳能集热环路与热泵循环彼此独立，前者一般用于预热后者的加热对象，或者后者作为前者的辅助热源；双热源式与串联式基本相同，只是蒸发器可同时利用包括太阳能在内的两种低温热源。2.2　太阳能热泵的技术特点太阳能热泵将太阳能利用技术与热泵技术有机结合起来，具有以下几个方面的技术特点：1）同传统的太阳能直接供热系统相比，太阳能热泵的最大优点是可以采用结构简易的集热器，集热成本非常低。在直膨式系统中，太阳

8、集热器的工作温度与热泵蒸发温度保持一致