太陽能熱泵介紹及其應用

太陽能熱泵介紹及其應用

2007/5/17/14:47來源：網易暖通論壇作者：周小波

    簡介：太陽能中央熱水系統一般採用各種能源的鍋爐作為輔助熱源，本文提出了一種太陽能—熱泵中央熱水系統形式，介紹了其工作原理和各組成部分的設計要求以及工程應用實例。太陽能—熱泵中央熱水系統以太陽能輔助加熱的空氣源熱泵機組作為太陽能系統的輔助熱源，在北方寒冷地區冬季運行可靠穩定，全年綜合節能率85%以上，是一種實用的環保節能技術，具有一定的推廣應用價值。

    關鍵字：太陽能熱泵輔助加熱熱水系統

    0引言

    目前，越來越多的住宅、賓館、遊泳池、公共浴池等場所採用太陽能作為其中央熱水系統的主要熱源。這些場所一般要求衛生熱水在一定的時間段內或全天24小時連續供應，為滿足太陽能不足時的用熱需求，使太陽能集熱系統的投資更加經濟，通常採用電加熱器或電鍋爐、燃煤或燃油（氣）鍋爐、市政熱力等作為太陽能中央熱水系統的輔助熱源。

    熱泵技術是一種新型的節能製冷供熱技術，長期以來主要應用於建築物的採暖空調領域。因熱泵制熱在節能降耗及環保方面的良好表現，衛生熱水供應系統也越來越多的採用熱泵設備作為熱源[2]。其中以室外空氣為熱源的空氣源熱泵，結構簡單，不需要專用機房，安裝使用方便，在衛生熱水供應方面具有不可替代的優勢，除了比較大型的空氣源熱泵熱水系統外，現在已有多個品牌的小型的家用空氣源熱泵熱水器也投放市場。但空氣源熱泵的一個主要缺點是供熱能力和供熱性能係數隨著室外氣溫的降低而降低，所以它的使用受到環境溫度的限制，一般適用於最低溫度-10℃以上的地區[3]。

    將熱泵技術與太陽能結合供應生活熱水，國內外進行了許多這方面的研究，主要有兩種方式，一種是直接以空氣源熱泵作為太陽能系統的輔助加熱設備，另一種是利用太陽能熱水為低溫熱源或將太陽能集熱器作為熱泵的蒸發器的太陽能熱泵系統。前者以太陽能直接加熱為主以空氣源熱泵為輔，解決太陽能供熱的連續性問題，但仍舊無法擺脫環境溫度對熱泵制熱性能的影響；後者完全以太陽能作為熱泵熱源，大大提高了太陽能的利用效率，但太陽能資源不足時仍需要增加其它輔助熱源，並且熱泵供熱能力受太陽能集熱量的限制，規模一般比較小。

    在大型的太陽能中央熱水系統中，空氣源熱泵無疑是一種比較理想的輔助加熱設備，為了改善空氣源熱泵在低溫環境下制熱運行的性能，擴大它的使用區域，結合國內外太陽能熱泵研究中的先進經驗，我們研製了一種適合於低溫環境中工作的太陽能—熱泵中央熱水系統。該系統採用一種新型的採用低溫太陽能輔助的空氣源熱泵機組和太陽能集熱系統結合，太陽能和熱泵互為輔助熱源，最大限度的利用太陽能，解決陰雨天氣及冬季環境溫度較低太陽能資源不足時熱水供應保證率，做到全年、全天候供應熱水。

    1太陽能—熱泵中央熱水系統組成

    1.1太陽能—熱泵中央熱水系統基本組成

    太陽能—熱泵中央熱水系統的主要組成部分為太陽能集熱器和太陽能輔助加熱空氣源熱泵機組，其他輔助設備與常規的中央熱水系統相同，包括太陽能循環泵、熱水加熱環泵、換熱器、熱水箱及控制器等。如圖1所示。

    

圖1：太陽能?熱泵中央熱水系統示意圖

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    1.2太陽能輔助加熱空氣源熱泵機組

    1.2.1太陽能輔助加熱空氣源熱泵機組工作原理

    為使空氣源熱泵在低溫環境中高效、穩定、可靠的運行，國內外眾多科研單位和生產企業進行了研發和改進，歸納起來主要有三種方式。一是依靠外界輔助熱源來提高熱泵低溫制熱性能，比如通過電加熱提高熱泵制熱出水溫度、採用燃燒器輔助加熱室外換熱器、在壓縮機周圍敷設相變蓄熱材料以增加低溫條件下制熱運行出力等等；二是通過改善製冷劑循環系統來提高熱泵的低溫制熱性能，比如採用雙級壓縮的空氣源熱泵，設中間補氣迴路的空氣源熱泵等；三是採用變頻系統，低溫工況下讓壓縮機高速工作增加工質循環量，同時向壓縮機工作腔噴液以防止其過熱，從而使熱泵機組能夠正常運行。