华南地区太阳能与热泵系统联合供热设计可行性

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1、华南地区太阳能与热泵系统联合供热设计可行性　　摘要：随着科学技术的不断进步，经济的不断发展，日常生产、生活所需要的自然资源正在逐渐的减少，对于环境保护的意识越来越强，同时也越来越重视自然资源的开发与利用。目前用于供热系统的能源主要有太阳能和热泵系统，对于其特有的节能优势受到了人们的广泛认可。本文对太阳能和热泵系统的集热性能以及供热效率进行了介绍，并对华南地区太阳能和热泵系统联合供热的可行性和供热方式进行了分析。关键词：太阳能；热泵系统；联合供热设计中图分类号：S611文献标识码：A文章编号：8随着太阳能供热系统被广泛认可，对其能源的开发与利用也越来越普遍。目前，作为清

2、洁、环境友好的绿色能源，太阳能以其独特的优势，是人类理想的替代能源，其开发利用是最终解决常规能源，特别是石化能源带来的能源短缺、环境污染和温室效应等问题的有效途径，利用太阳能来满足人类的供热需求是人类开发利用太阳能的一个主要手段。我国太阳能热水器的年产量和保有量均居世界首位。但是，因为影响太阳能供热系统的因素太多，比如平均日辐射量、气候、气温以及日照时间等，所以不可能全天都处于工作状态，必须与其它稳定性较大的热源结合使用。热泵供热系统基本上不受气候条件的影响，但是它会消耗一部分电能将不能直接利用的低品位热源（空气）转化为可以直接利用的高品位热能。由于在全年四季中均能充

3、分利用低品位热能，使组合后的太阳能和热泵联合供热系统比单一太阳能供热系统更具有节能潜力。1.太阳能供热系统的集热性能以及供热效率太阳能供热主要是利用集热器吸收由太阳辐射出来的能量，将温度比较低的水加热到高温加以利用，集热器主要有真空管型和平板型两类。1.1玻璃真空管集热器的集热性能以及供热效率太阳辐射可以透过真空管的玻璃外壳，直接射在玻璃吸热管上，这时吸热管就可以把太阳辐射的能量变成热能，通过相关的部件将这些转变而来的热能传递出去，进而增加周围环境的温度。同时，在传递的过程中不可避免的会损失一部分热能。根据能量守恒定律，一定时间内集热器所吸收的辐射能就等于最终使用的能

4、量加上在传递途中损失的部分能量，即：（1）式中：—集热器吸收太阳辐射的能量—集热器吸收输出的有效能量—输出损失的能量8根据热效率的定义，当选用U形管的玻璃真空管集热器时，其热效率公式为：（2）式中：—热效率—太阳辐照度—反射板的投影面积—吸热玻璃管的外表面积—太阳透过率—吸热板的吸收率—吸热玻璃管的平均温度—空气的平均温度1.2平板集热器的集热性能以及供热效率集热器吸收的太阳辐射能量就等于输出有效能量、途中损失能量与集热器本身热量变化量之和，即：（3）式中：—集热器热量变化量当集热器的工作状态稳定之后，集热器的本身热量不会再发生变化。根据相应的热效率定义，其公式为：（

5、4）式中：—太阳总辐射强度—效率因子—工质的平均温度82.热泵供热系统的工作原理以及性能热泵系统是利用空气中的热源进行相应供热的设备，主要是由蒸发器、压缩机、冷凝器以及膨胀阀组成，并且在内部加入适量的工质。系统工作的原理是按照逆卡循环原理运行：利用液体工质吸收空气中的热量，在蒸发器中将其进行汽化，然后经过压缩机，对气体进行高温高压的压缩，在进入冷凝器，在器内进行液化，将吸收的热量传递到需要加热的水中，最后经过膨胀阀，完成吸收的过程。将这一过程反复运转，就可以不断的吸收热量加以利用。而冷水吸收的热量总和就是吸收的空气中热量加上热泵转化的热能，其最终可以利用的热量大于热泵

6、转化的热量，这一点就可以说明热泵系统供热要比其它加热设备更加省电。热泵是利用压缩机做功，将吸收的空气热量转移到水箱中，达到加热水的目的，其热效率公式为：（5）式中：Q—工质汽化时吸收的热量W—压缩机压缩做功λ—机械功转化为内能的效率所以可以知道热泵的效率是与汽化时吸收的热量有关，其中热效率值一般均是大于1的，在常温的时候甚至大约达到350％-400％，见表1。表1热效率与水温的关系8Table1Relationshipbetweenthermalefficiencyandthetemperatureofwater3.华南地区太阳能和热泵系统联合供热设计的可行性一个具有

7、良好热性能的供热系统除了要达到用户的基本需求以及相关的节能环保要求外，还要充分考虑其应用的地域条件。根据相关的资料调查表明，华南地区的日平均辐射量大概为4200MJ/㎡—5400MJ/㎡，年日照时间大概在1400h—3000h之间，台风、雨季的影响比较严重，与此同时，该地区还处在亚热带，年平均温度大概为16—22℃，日平均气温≥10℃的天数在300天以上。最低温度大约为0℃，最低水温大约为10℃。所以，日平均辐射量与年日照时间作为资源使用的前提，满足本地区的供热要求，但是，此地的台风、雨季比较多，对太阳能的供热会产生一定的影响，需要设置相应的辅助加热