太陽(yáng)能輔助熱泵研究方向

由于太陽(yáng)輻射具有不連續(xù)性、波動(dòng)性大等缺點(diǎn)，而太陽(yáng)輻射強(qiáng)度的變化必將導(dǎo)致熱泵系統(tǒng)性能的波動(dòng)。因此，如何既能充分利用太陽(yáng)能又能保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性，是太陽(yáng)能熱泵系統(tǒng)走向?qū)嶋H應(yīng)用必須解決的重要問(wèn)題。同時(shí)，商業(yè)分體空調(diào)與家用電熱水器的廣泛應(yīng)用，使家庭電能的消耗大幅度增加。因此，可以考慮將太陽(yáng)能熱泵與熱水供應(yīng)聯(lián)合運(yùn)行，用于替代分體空調(diào)與電熱水器。由此，可以利用太陽(yáng)能，滿足用戶空調(diào)與生活熱水的要求，降低用戶的耗電費(fèi)用。

太陽(yáng)能輔助熱泵通常是指作為太陽(yáng)能熱利用系統(tǒng)輔助裝置的熱泵系統(tǒng)，包括獨(dú)立輔助熱泵和以太陽(yáng)輻射熱能作為蒸發(fā)器熱源的熱泵。這類熱泵多數(shù)以供熱為主，涉及建筑采暖、生活熱水供應(yīng)以及工業(yè)用熱等應(yīng)用領(lǐng)域，對(duì)太陽(yáng)能集熱溫度要求不高，而且具有靈活多樣的系統(tǒng)形式、合理的經(jīng)濟(jì)技術(shù)性能和良好的商業(yè)實(shí)用化前景。根據(jù)集熱介質(zhì)的不同，太陽(yáng)能輔助熱泵一般可分為直膨式和非直膨式兩大類。

太陽(yáng)能輔助熱泵直膨式

直膨式系統(tǒng)系統(tǒng)中，制冷劑作為太陽(yáng)能集熱介質(zhì)直接在太陽(yáng)能集熱/蒸發(fā)器中吸熱蒸發(fā)，然后通過(guò)熱泵循環(huán)將冷凝熱釋放給被加熱物體。這種系統(tǒng)極具小型化和商品化發(fā)展?jié)摿Γ怯捎谔?yáng)能輻射條件受地理緯度、季節(jié)轉(zhuǎn)換、晝夜更替及各種復(fù)雜氣象因素的影響而隨時(shí)處于變化中，而工況的不穩(wěn)定必將導(dǎo)致系統(tǒng)性能的波動(dòng)。

太陽(yáng)能輔助熱泵非直膨式

非直膨式系統(tǒng)中，太陽(yáng)能集熱介質(zhì)通常采用水、空氣或防凍溶液等流體，使它們?cè)谔?yáng)能集熱器中吸收熱量，然后將此熱量直接傳遞給加熱對(duì)象或作為蒸發(fā)器熱源經(jīng)熱泵循環(huán)升溫后再加熱物體。

根據(jù)太陽(yáng)能集熱循環(huán)與熱泵循環(huán)的不同連接形式，非直膨式太陽(yáng)能輔助熱泵又可分為串聯(lián)式、并聯(lián)式和雙熱源式三種基本形式。串聯(lián)式是指太陽(yáng)能集熱循環(huán)與熱泵循環(huán)通過(guò)蒸發(fā)器加以串聯(lián)，蒸發(fā)器熱源全部來(lái)自集熱循環(huán)所吸收的熱量；并聯(lián)式是指太陽(yáng)能集熱循環(huán)與熱泵循環(huán)彼此獨(dú)立，后者僅作為前者不能滿足供熱需求時(shí)的輔助熱源；雙熱源式與串聯(lián)式基本相同，只是熱泵循環(huán)中包括了兩個(gè)蒸發(fā)器，可同時(shí)利用包括太陽(yáng)能在內(nèi)的兩種低溫?zé)嵩椿蚨呋檠a(bǔ)充。

雙熱源式太陽(yáng)能輔助熱泵由于采用包括太陽(yáng)能在內(nèi)的兩種低溫?zé)嵩椿蚨呋檠a(bǔ)充，使系統(tǒng)具有更好的穩(wěn)定性。另外，可以在系統(tǒng)中增加蓄熱裝置，減小熱泵機(jī)組額定容量、降低系統(tǒng)運(yùn)行費(fèi)，提高太陽(yáng)能依存率（定義為來(lái)自太陽(yáng)的有效得熱占所需熱負(fù)荷的比例），并且夏季還可進(jìn)行與太陽(yáng)能無(wú)關(guān)的蓄冷運(yùn)行以滿足房間空調(diào)的需求。

研究開發(fā)和利用新能源，已經(jīng)成為世界各國(guó)能源研究與開發(fā)的共同戰(zhàn)略目標(biāo)。20世紀(jì)70年代能源危機(jī)以來(lái)，太陽(yáng)能作為可利用的新能源，逐步成為國(guó)內(nèi)外研究的重點(diǎn)。最近研究表明：到2050年，核能將占第一位，太陽(yáng)能占第二位；21世紀(jì)末，太陽(yáng)能將取代核能占第一位。太陽(yáng)能以其取之不盡、安全、無(wú)需運(yùn)輸、清潔無(wú)污染等特點(diǎn)受到人們的重視。由于太陽(yáng)能受季節(jié)和天氣影響較大、熱流密度低，導(dǎo)致各種形式的太陽(yáng)能直接熱利用系統(tǒng)在應(yīng)用上都受到一定的限制。

隨著生活水平的提高，熱用戶對(duì)于供熱的要求也越來(lái)越高，太陽(yáng)能利用的一些局限性日益顯現(xiàn)出來(lái)：（1）在太陽(yáng)輻照時(shí)間少的國(guó)家和和地區(qū)，其應(yīng)用受到很大限制；（2）白天集熱板板面溫度的上升會(huì)導(dǎo)致集熱效率下降；（3）在夜間或陰雨天沒(méi)有足夠的太陽(yáng)輻射時(shí)，無(wú)法實(shí)現(xiàn)24h的連續(xù)供熱，如采用輔助加熱方式，勢(shì)必又要消耗大量的其它能源；（4）加熱周期較長(zhǎng)；（5）傳統(tǒng)的太陽(yáng)集熱器與建筑不易結(jié)合，在一定程度上影響了建筑的美觀；（6）常規(guī)的太陽(yáng)熱水器需要在房頂設(shè)水箱，在夜間氣溫較低時(shí)，儲(chǔ)水箱和集熱器向外界散熱造成大量的熱量損失。

為了克服太陽(yáng)能利用中的上述問(wèn)題，人們又提出了采用太陽(yáng)能加熱系統(tǒng)作為蒸汽壓縮式熱泵系統(tǒng)的熱源。蒸汽壓縮式熱泵在實(shí)際應(yīng)用中最大的問(wèn)題是當(dāng)冬天的大氣溫度很低時(shí)，熱泵系統(tǒng)的效率比較低。而太陽(yáng)能熱利用系統(tǒng)中的集熱器在低溫時(shí)集熱效率較高，而熱泵系統(tǒng)在其蒸發(fā)溫度較高時(shí)系統(tǒng)效率較高，那么可以考慮采用太陽(yáng)能加熱系統(tǒng)來(lái)作為熱泵系統(tǒng)的熱源。

這樣既克服了太陽(yáng)能加熱系統(tǒng)的問(wèn)題又解決了熱泵系統(tǒng)冬季效率低的問(wèn)題。太陽(yáng)能熱泵系統(tǒng)由于利用太陽(yáng)能具有節(jié)能環(huán)保的作用而得到快速的發(fā)展。

太陽(yáng)能熱利用技術(shù)與熱泵技術(shù)的結(jié)合非常靈活，系統(tǒng)形式也多種多樣，一般可分為太陽(yáng)能驅(qū)動(dòng)熱泵和太陽(yáng)能輔助熱泵兩大類。太陽(yáng)能驅(qū)動(dòng)熱泵主要是指太陽(yáng)能光電或熱電驅(qū)動(dòng)的壓縮式熱泵以及以太陽(yáng)能輻射熱直接驅(qū)動(dòng)的吸收式、吸附式、噴射式和化學(xué)熱泵等。

這類熱泵大多以實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)能制冷空調(diào)為主要目的，一般對(duì)太陽(yáng)能集熱溫度要求較高，而且普遍存在體積大、成本高、效率低等問(wèn)題，較難實(shí)現(xiàn)小型化和商業(yè)化發(fā)展。

太陽(yáng)能熱泵熱水系統(tǒng)主要由三部分組成：能量采集區(qū)、能量轉(zhuǎn)換區(qū)和能量利用區(qū)，能量采集區(qū)是由槽式集熱器和熱力輔助設(shè)備組成。能量轉(zhuǎn)換區(qū)是由熱水熱泵主機(jī)、水箱組成。能量利用區(qū)就是熱水使用場(chǎng)所室內(nèi)部分，包括熱水管道、水龍頭等。

(1)槽式集熱器

利用槽式聚光鏡，直接將太陽(yáng)光反射到位于鏡面焦點(diǎn)處的集熱管上，加熱導(dǎo)熱介質(zhì)。導(dǎo)熱介質(zhì)最高溫度可達(dá)300℃。槽式集熱器由四部分組成：聚光鏡、集熱管、跟日裝置、機(jī)架。

槽式集熱器特點(diǎn)：①光熱轉(zhuǎn)化效率達(dá)65%。②聚光鏡形狀精確，反光精度高，表面易清洗，聚光能力強(qiáng)。③控制系統(tǒng)靈活，追蹤精度高，偏差小于0.01。④有抗風(fēng)沙、風(fēng)雪、冰雹功能，能靈活地自動(dòng)規(guī)避自然災(zāi)害。⑤不存在傳統(tǒng)真空管的凍管、爆管問(wèn)題。

(2)熱力式熱泵

熱力式熱泵機(jī)組通過(guò)200℃左右的介質(zhì)驅(qū)動(dòng)天然混合工質(zhì)MR717，經(jīng)過(guò)冷凝、節(jié)流、蒸發(fā)、吸收過(guò)程，吸收空氣中的熱量實(shí)現(xiàn)制熱循環(huán)。熱力式熱泵特點(diǎn)：

a、使用一次能源驅(qū)動(dòng)，制熱效率可達(dá)2.0以上。

b、運(yùn)行費(fèi)用更低，與燃?xì)忮仩t相比全年可節(jié)約50%左右燃?xì)庥昧俊?/p>

c、超低溫制熱，即使在-30℃低溫下，依然正常高效制熱。

d、創(chuàng)新的融霜技術(shù)，保證客戶端穩(wěn)定熱量的輸入，50%的熱量足以將冰霜清理干凈。

e、使用壽命可達(dá)20年，熱泵主機(jī)內(nèi)無(wú)壓縮機(jī)，只有溶液泵和風(fēng)扇兩個(gè)運(yùn)動(dòng)部件。