[科普中国]-太阳能热泵技术

简介

自20世纪50年代以来，众多发达国家纷纷投入大量人力、物力进行各种型式的太阳能热泵系统的研究和开发，并实施了多项示范工程。对于极具小型化和商品化发展潜力的直接膨胀式太阳能热泵系统国内外的研究还主要处于理论和实验研究阶段。太阳能和热泵技术是节约常规化石能源使用的最有前途的两钟方式，两者有机结合更能达到优势互补的目的。根据太阳能集热器与热泵蒸发器的组合形式不同，太阳能热泵技术可分为间接膨胀式和直接膨胀式两种。由于太阳辐射受各种复杂气象因素的影响而随时处于变化中，从而导致直膨式太阳能热泵系统性能的波动，因此，在阴雨天和日照时间短的冬季，很难实现全天候供热水。1

间接膨胀式太阳能热泵技术太阳能集热器与热泵蒸发器完全分开的称为间接膨胀式太阳能热泵系统。在间接膨胀式太阳能热泵中，根据太阳能给热泵蒸发器提供热源的方式不同，可以分为并联式、串联式和混合式三种。

在并联式太阳能热泵系统（见图1）中循环泵13和热泵水源换热器10不工作，热泵蒸发器以空气为热源吸收热量向室内供暖或加热水，同时太阳能集热器吸收的太阳能可以直接供暖或给生活用水加热；在串联式太阳能热泵系统中循环泵12和热泵空气源14不工作，太阳能集热器吸收的太阳能不直接用来向室内供暖，而是供给热泵蒸发器，以达到提升蒸发器侧热源温度、提高热泵COP的目的；在混合式太阳能热泵系统中，太阳能集热器吸收热量储存与储热设备中，要求蒸发器可以根据需要既能从空气中吸收热量，又能从太阳能储热设备中吸收热量，它是集并联式、串联式热泵系统于一体，达到了空气源和太阳能互补的目的。间接膨胀式太阳能热泵技术是将太阳能集热和热泵两种已经成熟并大规模推广应用的技术相结合，具有大规模市场应用的条件。1

注：1—太阳能集热器；2—阀；3—蓄热水箱；4、12、13—循环泵；5—室内散热器；6—热泵压缩机；7—四通换向阀；8—热泵室内换热器；9—节流阀；10—热泵水源换热器；11—房间；14—热泵空气源。

直接膨胀式太阳能热泵技术直接膨胀式太阳能热泵是将太阳能集热器和热泵蒸发器组合成一个部件，称为集热/蒸发器，从热泵膨胀阀出来的制冷剂在集热/蒸发器中直接吸收太阳能蒸发。直接膨胀式太阳能热泵与间接膨胀式太阳能热泵相比，其优点主要有1：

（1）由于制冷剂直接吸收太阳能热量而蒸发，因此具有较高的热性能。

（2）由于蒸发器和太阳能集热器合二为一，减少了换热设备，因此结构更加紧凑。

（3）制冷剂作为太阳能吸收工质与水作为吸收工质相比可以防止太阳能集热器在夜晚冻住。1

一种新型装置针对存在的问题，有人提出了一种新型太阳能—空气复合热源热泵热水装置，见下图2，其中，1-压缩机；2-冷凝器储液器；3-储液器；4-热力膨胀阀；5-辐射对流复合储能型换热器；6-水泵；7-水箱；8-蓄热介质。它通过一个独特而实用的螺旋翅片蒸发管平板型集热/蒸发器，来实现系统同时或交替使用太阳能、空气两种热源，在不同的天气情况下以不同热源模式运行，可全天候提供生活热水。它既充分利用太阳能提高了热泵COP值，使全年各月平均COP在3.98~4.32之间，又克服了对太阳辐射的过度依赖，避免了在阴雨天及冬季使用电辅助加热，平均每升水耗电量经为0.007~0.15kW·h，为电加热器耗电量的15%~30%。1