太陽能熱泵技術

太陽能和熱泵技術是節約常規化石能源使用的最有前途的兩鐘方式，兩者有機結合更能達到優勢互補的目的。太陽能和熱泵技術的組合系統稱為太陽能熱泵系統，它有不同的結合方法。根據太陽能集熱器與熱泵蒸發器的組合形式不同，太陽能熱泵技術可分為間接膨脹式和直接膨脹式兩種。

基本介紹

• 中文名：太陽能熱泵技術
• 外文名：solar heat pump technology 
• 類型：間接膨脹式和直接膨脹式
• 優點：節能、環保
• 缺點：受各種複雜氣象因素的影響嚴重
• 分類依據：集熱器與蒸發器的組合形式

簡介

自20世紀50年代以來，眾多已開發國家紛紛投入大量人力、物力進行各種型式的太陽能熱泵系統的研究和開發，並實施了多項示範工程。對於極具小型化和商品化發展潛力的直接膨脹式太陽能熱泵系統國內外的研究還主要處於理論和實驗研究階段。太陽能和熱泵技術是節約常規化石能源使用的最有前途的兩鐘方式，兩者有機結合更能達到優勢互補的目的。根據太陽能集熱器與熱泵蒸發器的組合形式不同，太陽能熱泵技術可分為間接膨脹式和直接膨脹式兩種。由於太陽輻射受各種複雜氣象因素的影響而隨時處於變化中，從而導致直膨式太陽能熱泵系統性能的波動，因此，在陰雨天和日照時間短的冬季，很難實現全天候供熱水。

間接膨脹式太陽能熱泵技術

太陽能集熱器與熱泵蒸發器完全分開的稱為間接膨脹式太陽能熱泵系統。在間接膨脹式太陽能熱泵中，根據太陽能給熱泵蒸發器提供熱源的方式不同，可以分為並聯式、串聯式和混合式三種。

在並聯式太陽能熱泵系統（見圖1）中循環泵13和熱泵水源換熱器10不工作，熱泵蒸發器以空氣為熱源吸收熱量向室內供暖或加熱水，同時太陽能集熱器吸收的太陽能可以直接供暖或給生活用水加熱；在串聯式太陽能熱泵系統中循環泵12和熱泵空氣源14不工作，太陽能集熱器吸收的太陽能不直接用來向室內供暖，而是供給熱泵蒸發器，以達到提升蒸發器側熱源溫度、提高熱泵COP的目的；在混合式太陽能熱泵系統中，太陽能集熱器吸收熱量儲存與儲熱設備中，要求蒸發器可以根據需要既能從空氣中吸收熱量，又能從太陽能儲熱設備中吸收熱量，它是集並聯式、串聯式熱泵系統於一體，達到了空氣源和太陽能互補的目的。間接膨脹式太陽能熱泵技術是將太陽能集熱和熱泵兩種已經成熟並大規模推廣套用的技術相結合，具有大規模市場套用的條件。

圖1 間接膨脹式太陽能熱泵原理示意圖

註：1—太陽能集熱器；2—閥；3—蓄熱水箱；4、12、13—循環泵；5—室內散熱器；6—熱泵壓縮機；7—四通換向閥；8—熱泵室內換熱器；9—節流閥；10—熱泵水源換熱器；11—房間；14—熱泵空氣源。

直接膨脹式太陽能熱泵技術

直接膨脹式太陽能熱泵是將太陽能集熱器和熱泵蒸發器組合成一個部件，稱為集熱/蒸發器，從熱泵膨脹閥出來的製冷劑在集熱/蒸發器中直接吸收太陽能蒸發。直接膨脹式太陽能熱泵與間接膨脹式太陽能熱泵相比，其優點主要有：

（1）由於製冷劑直接吸收太陽能熱量而蒸發，因此具有較高的熱性能。

（2）由於蒸發器和太陽能集熱器合二為一，減少了換熱設備，因此結構更加緊湊。

（3）製冷劑作為太陽能吸收工質與水作為吸收工質相比可以防止太陽能集熱器在夜晚凍住。

一種新型裝置

針對存在的問題，有人提出了一種新型太陽能—空氣複合熱源熱泵熱水裝置，見下圖2，其中，1-壓縮機；2-冷凝器儲液器；3-儲液器；4-熱力膨脹閥；5-輻射對流複合儲能型換熱器；6-水泵；7-水箱；8-蓄熱介質。它通過一個獨特而實用的螺旋翅片蒸發管平板型集熱/蒸發器，來實現系統同時或交替使用太陽能、空氣兩種熱源，在不同的天氣情況下以不同熱源模式運行，可全天候提供生活熱水。它既充分利用太陽能提高了熱泵COP值，使全年各月平均COP在3.98~4.32之間，又克服了對太陽輻射的過度依賴，避免了在陰雨天及冬季使用電輔助加熱，平均每升水耗電量經為0.007~0.15kW·h，為電加熱器耗電量的15%~30%。

圖2 太陽能-空氣複合熱源熱泵熱水裝置