太陽能熱泵技術(shù)論文(2)
太陽能熱泵技術(shù)論文篇二
太陽能熱泵技術(shù)分析
【摘 要】 文章論述了太陽能熱泵的技術(shù)原理和特點(diǎn)以及在提供熱水方面的應(yīng)用。
【關(guān)鍵詞】 太陽能 熱泵
Abstract ： The paper mainly analyses the solar energy heat pump technology.
1.熱泵供熱原理
熱泵是一反向使用的制冷機(jī)，與制冷機(jī)所不同的只是工作的溫度范圍。蒸發(fā)器吸熱后，其工質(zhì)的高溫低壓過熱氣體在壓縮機(jī)中經(jīng)過絕熱壓縮變?yōu)楦邷馗邏旱臍怏w后，經(jīng)冷凝器定壓冷凝為低溫高壓的液體(放出工質(zhì)的氣化熱等，與冷凝水進(jìn)行熱交換，使冷凝水被加熱為熱水供用戶使用)，液態(tài)工質(zhì)再經(jīng)降壓閥絕熱節(jié)流后變?yōu)榈蜏氐蛪阂后w，進(jìn)入蒸發(fā)器定壓吸收熱源熱量，并蒸發(fā)變?yōu)檫^熱蒸氣完成一個(gè)循環(huán)過程。如此循環(huán)往復(fù)，不斷地將熱源的熱能傳遞給冷凝水。
所有型式的熱泵都有蒸發(fā)和冷凝兩個(gè)溫度水平，采用膨脹閥或毛細(xì)管實(shí)現(xiàn)制冷劑的降壓節(jié)流，只是壓力增加的不同形式，主要有機(jī)械壓縮式、熱能壓縮式和蒸氣噴射壓縮式。其中，機(jī)械壓縮式熱泵又稱作電動(dòng)熱泵，目前已經(jīng)廣泛應(yīng)用建筑采暖和空調(diào)，在熱泵市場上占據(jù)了主導(dǎo)地位;熱能壓縮式熱泵包括吸收式和吸附式兩種型式，其中水—溴化鋰吸收式和氨—水吸收式熱水機(jī)組已經(jīng)逐步走上商業(yè)化發(fā)展的道路，而吸附式熱泵目前尚處于研究和開發(fā)階段，還必須克服運(yùn)轉(zhuǎn)間歇性以及系統(tǒng)性能和冷重比偏低等問題，才能真正應(yīng)用于實(shí)際。
根據(jù)熱源形式的不同，熱泵可分為空氣源熱泵、水源熱泵、土壤源熱泵和太陽能熱泵等。國外的文獻(xiàn)通常將地下水熱泵、地表水熱泵與土壤源熱泵統(tǒng)稱為地源熱泵。
2.太陽能熱泵技術(shù)原理及其特點(diǎn)
太陽能熱泵一般是指利用太陽能作為蒸發(fā)器熱源的熱泵系統(tǒng)，區(qū)別于以太陽能光電或熱能發(fā)電驅(qū)動(dòng)的熱泵機(jī)組。它把熱泵技術(shù)和太陽能熱利用技術(shù)有機(jī)的結(jié)合起來，可同時(shí)提高太陽能集熱器效率和熱泵系統(tǒng)性能。集熱器吸收的熱量作為熱泵的低溫?zé)嵩?，在陰雨天，直膨式太陽能熱泵轉(zhuǎn)變?yōu)榭諝庠礋岜?，非直膨式太陽能熱泵作為加熱系統(tǒng)的輔助熱源。因此，它可全天候工作，提供熱水或熱量。
2.1太陽能熱泵的分類
根據(jù)太陽集熱器與熱泵蒸發(fā)器的組合形式，可分為直膨式(direct-expansion soalar assisted heat pump，DX-SAHP)和非直膨式。
2.2太陽能熱泵的技術(shù)特點(diǎn)
太陽能熱泵將太陽能利用技術(shù)與熱泵技術(shù)有機(jī)結(jié)合起來，具有以下幾個(gè)方面的技術(shù)特點(diǎn)：
2.2.1同傳統(tǒng)的太陽能直接供熱系統(tǒng)相比，太陽能熱泵的最大優(yōu)點(diǎn)是可以采用結(jié)構(gòu)簡易的集熱器，集熱成本非常低。在直膨式系統(tǒng)中，太陽集熱器的工作溫度與熱泵蒸發(fā)溫度保持一致，且與室外溫度接近，而非直膨式系統(tǒng)中，太陽能集熱環(huán)路往往作為蒸發(fā)器的低溫?zé)嵩?，集熱介質(zhì)溫度通常為20℃～30℃，因此集熱器的散熱損失非常小，集熱器效率也相應(yīng)提高。有研究表明，在非寒冷地區(qū)即使采用結(jié)構(gòu)簡單、廉價(jià)的普通平板集熱器，集熱器效率也高達(dá)60%～80%，甚至采用無蓋板、無保溫的裸板集熱器也是可以的。
2.2.2由于太陽能具有低密度、間歇性和不穩(wěn)定性等缺點(diǎn)，常規(guī)的太陽能供熱系統(tǒng)往往需要采用較大的集熱和蓄熱裝置，并且配備相應(yīng)的輔助熱源，這不僅造成系統(tǒng)初投資較高，而且較大面積的集熱器也難于布置。太陽能熱泵基于熱泵的節(jié)能性和集熱器的高效性，在相同熱負(fù)荷條件下，太陽能熱泵所需的集熱器面積和蓄熱器容積等都要比常規(guī)系統(tǒng)小得多，使得系統(tǒng)結(jié)構(gòu)更緊湊，布置更靈活。
2.2.3在太陽輻射條件良好的情況下，太陽能熱泵往往可以獲得比空氣源熱泵更高的蒸發(fā)溫度，因而具有更高的供熱性能系數(shù)(COP可達(dá)到4以上)，而且供熱性能受室外氣溫下降的影響較小。
2.2.4由于太陽能無處不在、取之不盡，因此太陽能熱泵的應(yīng)用范圍非常廣泛，不受當(dāng)?shù)厮礂l件和地質(zhì)條件的限制，而且對(duì)自然生存環(huán)境幾乎不造成影響。
2.2.5太陽能熱泵同其它類型的熱泵一樣也具有“一機(jī)多用”的優(yōu)點(diǎn)，即冬季可供暖，夏季可制冷，全年可提供生活熱水。由于太陽能熱泵系統(tǒng)中設(shè)有蓄熱裝置，因此夏季可利用夜間谷時(shí)電力進(jìn)行蓄冷運(yùn)行，以供白天供冷之用，不僅運(yùn)行費(fèi)用便宜，而且有助于電力錯(cuò)峰。
2.2.6考慮到制冷劑的充注量和泄漏問題，直膨式太陽能熱泵一般適用于小型供熱系統(tǒng)，如戶用熱水器和供熱空調(diào)系統(tǒng)。其特點(diǎn)是集熱面積小、系統(tǒng)緊湊、集熱效率和熱泵性能高、適應(yīng)性好、自動(dòng)控制程度高等尤其是應(yīng)用于生產(chǎn)熱水，具有高效節(jié)能、安裝方便、全天候等優(yōu)點(diǎn)，其造價(jià)與空氣源熱泵熱水器相當(dāng)，性能更優(yōu)越。
2.2.7非直膨式系統(tǒng)具有形式多樣、布置靈活、應(yīng)用范圍廣等優(yōu)點(diǎn)，適合于集中供熱、空調(diào)和供熱水系統(tǒng)。易于與建筑一體化。
3.太陽能熱泵的應(yīng)用
近年來，隨著太陽能事業(yè)的發(fā)展和建筑節(jié)能的要求，隨著城市的發(fā)展和人民生活水平的提高，“太陽能與建筑一體化”和“全天候供熱”已成為我國太陽能熱利用的重要議題。“太陽能與建筑一體化”就是把太陽能產(chǎn)品作為建筑部件安裝，使其有機(jī)結(jié)合起來，符合建筑美學(xué)要求，并盡可能地利用太陽能等新能源和可再生能源替代常規(guī)能源以減少建筑能耗對(duì)常規(guī)能源的依賴，降低建筑能耗占我國總能耗的比例，并提高常規(guī)能源利用率。由于太陽能熱泵具有集熱效率高、供熱性能系數(shù)高、形式多樣、布置靈活、一機(jī)多用、應(yīng)用范圍廣等優(yōu)點(diǎn)，能較好地滿足“太陽能與建筑一體化”的要求。由于太陽能具有低密度、間歇性和不穩(wěn)定性等缺點(diǎn)，常規(guī)的太陽能供熱系統(tǒng)很難滿足“全天候”的要求，為滿足“全天候”的要求，常規(guī)方法是采用電加熱或燃?xì)饧訜釣檩o助熱源，但容易引發(fā)安全問題，且消耗了大量優(yōu)質(zhì)能源，而采用太陽能供熱系統(tǒng)就能較好地解決“全天候”的問題。目前，我國太陽能熱泵主要應(yīng)在公共建筑物上，例如，北京奧運(yùn)村和奧運(yùn)場館的生活熱水和加熱的能量都采用太陽能熱泵供熱系統(tǒng)。
4.太陽能熱泵技術(shù)存在的問題
我國太陽能熱泵的發(fā)展和應(yīng)用還存在著一些問題：
4.1投資經(jīng)濟(jì)性。能源結(jié)構(gòu)和燃料價(jià)格直接影響太陽能熱泵的經(jīng)濟(jì)性，例如，我國西部地區(qū)以煤炭為主的能源結(jié)構(gòu)以及較低的燃料價(jià)格必將影響太陽能熱泵的市場競爭力。同時(shí)，太陽能熱泵系統(tǒng)初投資偏高也是影響其經(jīng)濟(jì)性的重要因素之一。
4.2性能可*性。各種類型的太陽能熱泵性能有待提高，要使部件之間的匹配關(guān)系達(dá)到投資運(yùn)行最佳效益，要將系統(tǒng)設(shè)計(jì)與建筑設(shè)計(jì)結(jié)合起來，既要考慮系統(tǒng)性能又要考慮建筑美觀，要實(shí)行智能化控制，這需要各個(gè)專業(yè)、各個(gè)領(lǐng)域的人共同努力、相互配合。
4.3公眾對(duì)這一技術(shù)缺乏足夠的了解和認(rèn)識(shí)。目前，在我國制約太陽能熱泵應(yīng)用的主要障礙是系統(tǒng)初投資較高以及政府、建筑設(shè)計(jì)人員和公眾對(duì)這一技術(shù)缺乏足夠的了解和認(rèn)識(shí)。通過政府部門、科研機(jī)構(gòu)和工程技術(shù)人員的共同努力，借鑒國外的成功經(jīng)驗(yàn)，我國太陽能熱泵將得到較快的推廣和發(fā)展。
小結(jié)
太陽能是地球上一切能的主要來源，是無窮無盡無公害的潔凈能源，也是21世紀(jì)人類最有希望的能源。我國地域遼闊，年日照時(shí)間大于2000h的地區(qū)約占全國國土面積的2/3，處于利用太陽能較有利的區(qū)域內(nèi)。太陽能熱泵技術(shù)是太陽能熱利用技術(shù)和熱泵技術(shù)有機(jī)的結(jié)合，具有集熱效率高、供熱性能系數(shù)高、形式多樣、布置靈活、一機(jī)多用、應(yīng)用范圍廣等優(yōu)點(diǎn)。
(作者單位：華鶴集團(tuán)有限公司)
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