太陽能熱泵供熱技術(shù)研究與應(yīng)用

鄭振玉

摘 要：能源與環(huán)境是21世紀(jì)全球的一個(gè)共同話題，隨著生態(tài)環(huán)境日益惡化和能源消耗的逐漸加大，這一話題的受關(guān)注程度越來越高，很多人將目光放在新能源開發(fā)與利用上。太陽能是清潔可再生能源，熱泵是高效節(jié)能技術(shù)，兩者有機(jī)結(jié)合應(yīng)用既提高了太陽能集熱器效率和熱泵性能，又拓寬了應(yīng)用范圍，使其實(shí)用性大大增強(qiáng)?；诖耍疚闹饕獙μ柲軣岜霉峒夹g(shù)與應(yīng)用進(jìn)行分析探討。

關(guān)鍵詞：太陽能；熱泵；供熱技術(shù)；研究；應(yīng)用

1 前言

太陽能不僅具有取之不盡、用之不竭的特點(diǎn)，還具有零污染性，因此利用太陽能供熱成為新世紀(jì)能源利用的重要方向。另一方面，熱泵這種節(jié)能裝置具有高能量品位的特性，可以將具有間歇性的太陽能更好的轉(zhuǎn)化并投入使用。因此，將熱泵技術(shù)與太陽能利用技術(shù)相結(jié)合，可以很好地解決太陽能本身存在的間斷性、不穩(wěn)定性的問題，而且可以節(jié)約高品位能量并最大限度的減少環(huán)境污染，提高能源利用率。

2 太陽能熱泵供熱技術(shù)的特性

太陽能熱泵在工作原理、技術(shù)改革、機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)、工藝流程以及應(yīng)用實(shí)踐中的特點(diǎn)。

2.1 工作原理

太陽能熱泵在工作原理上具有亮點(diǎn)，即其綜合利用了太陽能以及淺層地能。在陰雨天氣等陽光利用率較低的天氣狀況下，太陽能熱泵使得太陽能的供熱系統(tǒng)能夠持續(xù)有效的進(jìn)行。在正常天氣下，只需要啟動(dòng)太陽能集熱器就能利用收集到的熱能，遇到天氣狀況不好的時(shí)候，就可以淺層地能作為太陽能的補(bǔ)充，實(shí)現(xiàn)對建筑物供熱的持續(xù)性。淺層地?zé)岬睦眯问接械叵聹厮?、淺層土壤熱等，實(shí)現(xiàn)其在不同具有自然環(huán)境特點(diǎn)的地區(qū)的應(yīng)用。

太陽能熱泵系統(tǒng)由太陽能集熱器、熱泵機(jī)組、蓄熱水箱、供暖供水裝置、控制裝置等設(shè)備有機(jī)組合而成。根據(jù)熱泵蒸發(fā)器與太陽能集熱器的組合形式可分為直膨式和非直膨式兩大類，在直膨式系統(tǒng)中太陽能集熱器和蒸發(fā)器合二為一；在非直膨式系統(tǒng)中太陽能集熱器和熱泵蒸發(fā)器相對獨(dú)立工作，而非直膨式又可分為串聯(lián)、并聯(lián)和混聯(lián)三種方式。

2.2 技術(shù)改革

太陽能熱泵技術(shù)可以采用新型的太陽能集熱器，例如新型平板式內(nèi)聚光太陽能集熱器，使集熱效率提高到60%以上。這種新型的太陽能集熱器較之傳統(tǒng)的集熱器，更適合在天氣寒冷的地區(qū)使用。

2.3 機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

太陽能熱泵有三個(gè)主要的機(jī)構(gòu)組成，即太陽能供熱總成、低能運(yùn)行轉(zhuǎn)化總成以及風(fēng)機(jī)盤管供能總成，且采用模塊式結(jié)構(gòu)，使得對其的維護(hù)變得簡便快捷，并且不影響其在維修中的正常使用。

2.4 工藝流程

太陽能熱泵供熱的另一個(gè)創(chuàng)新點(diǎn)在于，其利用了智能化的自動(dòng)控制裝置，這種裝置使得對整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)控制的目標(biāo)。即在陽光減少、不足以滿足太陽能集熱器的熱能需求時(shí)，自動(dòng)開啟熱泵系統(tǒng)，以地能來彌補(bǔ)太陽能的缺少。若太陽能充足，又會(huì)自動(dòng)停止熱泵工作。這種智能化控制能夠使得節(jié)能效果達(dá)到最佳。

2.5 應(yīng)用實(shí)踐

太陽能熱泵由于其產(chǎn)熱量大、利用率高，不僅能報(bào)保證一年四季的熱水供應(yīng)，而且可以實(shí)現(xiàn)采暖制冷的雙重目標(biāo)。此外，太陽能熱泵還使得建筑物自身供熱系統(tǒng)的構(gòu)建成為可能，大大減少因?yàn)楣芫€鋪設(shè)等問題造成的成本開支。

3 太陽能熱泵供熱技術(shù)在建筑中的應(yīng)用現(xiàn)狀、問題及解決方向

3.1 應(yīng)用現(xiàn)狀和問題

太陽能熱泵供暖技術(shù)具有很多優(yōu)點(diǎn)，適應(yīng)性強(qiáng)、應(yīng)用面廣，可以在氣候條件、地理地形等環(huán)境迥異的地區(qū)應(yīng)用實(shí)踐。我國幅員廣闊，一些光照地區(qū)差地區(qū)無法使用傳統(tǒng)的太陽能供熱技術(shù)，但由于太陽能熱泵供暖技術(shù)綜合利用了太陽能和淺層地能，即使光照條件相對差一些，也可以通過淺層地能補(bǔ)充太陽能，很好的解決了傳統(tǒng)太陽能供暖技術(shù)缺陷，為太陽能熱泵供暖技術(shù)應(yīng)用實(shí)踐提供了有力技術(shù)支持。

近年來，隨著太陽能技術(shù)不斷發(fā)展和環(huán)保節(jié)能要求的不段提高，太陽能與建筑供暖的結(jié)合已經(jīng)成為社會(huì)廣泛關(guān)注的一個(gè)話題，甚至表現(xiàn)出了太陽能與建筑一體化發(fā)展趨勢。在建筑供暖中采用太陽能熱泵供暖技術(shù)，可以讓太陽能資源替代常規(guī)的能源，如電力能源，減少常規(guī)能源消耗，利于降低建筑供暖對常規(guī)能源的依賴，大幅度節(jié)省建筑能耗。而且，太陽能熱泵供暖技術(shù)基本是零排放、零污染，環(huán)境友好程度高，符合可持續(xù)發(fā)展的核心內(nèi)涵。由于太陽能本身具有間歇性、不穩(wěn)定等特點(diǎn)，以往的太陽能供熱技術(shù)無法滿足“全天候”供暖或制冷要求，只能通過電加熱、燃?xì)饧訜岱绞窖a(bǔ)充熱源，不僅消耗了大量的能源，也增加了安全問題。太陽能熱泵供暖技術(shù)以淺層地能作為太陽能的熱源補(bǔ)充，安全性、環(huán)保性都很高，應(yīng)用更廣泛。

雖然太陽能具備清潔性、經(jīng)濟(jì)性及儲(chǔ)備無限性等優(yōu)點(diǎn)，但也有間歇性、不穩(wěn)定性等缺點(diǎn)，如果單獨(dú)使用太陽能熱泵系統(tǒng)進(jìn)行供熱，可以出現(xiàn)以下情況。太陽輻射條件好的情況下，太陽能集熱器的集熱效果好，太陽能儲(chǔ)備量相對校多，室內(nèi)熱負(fù)荷就會(huì)降低。若遇到太陽輻射不好的情況，太陽能集熱器的集熱效果自然下降，就無法滿足用戶的需求。盡管使用更大面積的太陽能集熱器可以提高太陽能儲(chǔ)備量，但會(huì)加大安裝難度，不利于運(yùn)維檢修。此外，太陽能熱泵供暖技術(shù)使用也面臨著成本投入、工作協(xié)調(diào)等方面的挑戰(zhàn)。與常規(guī)的太陽能供熱技術(shù)相比，太陽能熱泵供暖技術(shù)的一次性建設(shè)投資和運(yùn)行成本都比較高，若經(jīng)濟(jì)實(shí)力不足很難安裝該系統(tǒng)。太陽能熱泵供暖系統(tǒng)的智能化控制程度較高，技術(shù)專業(yè)性也較高，對各專業(yè)人員的工作協(xié)調(diào)性提出了更高要求，需要各專業(yè)人員通力合作，方能有效應(yīng)用太陽能熱泵供暖系統(tǒng)。

3.2 解決方向

針對太陽能熱泵供暖系統(tǒng)在建筑應(yīng)用實(shí)踐中的主要問題，提出了以下對策：第一，在太陽能熱泵供暖系統(tǒng)中加入空氣源熱泵、水源熱泵，組建混合式太陽能熱泵供暖系統(tǒng)，共同進(jìn)行建筑室內(nèi)供暖。具體方式：將太陽能室的散熱器和熱泵室的散熱器一同接入建筑室內(nèi)，把空氣源熱泵和水源熱泵串聯(lián)在一起，公用一套壓縮機(jī)及附屬設(shè)施；將太陽能集熱器收集到的熱源儲(chǔ)備在蓄熱水箱中，經(jīng)室內(nèi)散熱器給用戶直接供暖。當(dāng)然，除了通過太陽能熱源熱泵直接供暖外，也可以通過空氣源熱泵、水源熱泵直接供暖，解決了太陽能不充足情況下的供暖問題；第二，在不增加經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)情況下，盡可能的加大建筑供暖方面的經(jīng)濟(jì)投入，采用太陽能熱泵供暖技術(shù)。若經(jīng)濟(jì)條件不允許，可以對傳統(tǒng)的太陽能供暖系統(tǒng)進(jìn)行技術(shù)改造，如采用新型平板式內(nèi)聚光太陽能集熱器，提高系統(tǒng)集熱效果；第三，加大各專業(yè)間的技術(shù)合作，做好協(xié)調(diào)、配合等工作，結(jié)合當(dāng)前太陽能熱泵供暖系統(tǒng)的技術(shù)缺陷展開針對性的研發(fā)，不斷促進(jìn)太陽能熱泵供暖技術(shù)水平提升，達(dá)到更好的節(jié)能效果。另外，可以從國外發(fā)達(dá)國家吸取經(jīng)驗(yàn)，用于國內(nèi)太陽能熱泵技術(shù)研究。

4 結(jié)束語

太陽能熱泵技術(shù)是太陽能和熱泵技術(shù)的有機(jī)結(jié)合，兩者的融合利用可提高系統(tǒng)的能效比，同時(shí)克服了傳統(tǒng)太陽能和熱泵各自的缺點(diǎn)，既提高了系統(tǒng)對使用環(huán)境的適應(yīng)性，降低了系統(tǒng)的運(yùn)行費(fèi)用，也拓寬了其應(yīng)用范圍?？傊?，太陽能熱泵供暖技術(shù)在建筑中的應(yīng)用可以節(jié)約能源，減少污染氣體排放，保護(hù)空氣環(huán)境。在今后工作中，要加大太陽能熱泵供暖技術(shù)研發(fā)，使之不斷完善，適應(yīng)用戶的更高要求。

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