太陽能熱泵概述

王飛騰

(陜西國防工業職業技術學院，陜西 西安 710302)

0 引言

環境和能源是當今世界兩大最被關注的焦點問題。太陽能是源源不斷的可利用潔凈能源。據估計，太陽能在21世紀會進入快速利用發展階段，并逐漸取代傳統能源和核能。世界觀察研究所的一項報告指出：太陽能能源將成為全球能源的主流［1］。

1 太陽能熱泵系統工作原理

1.1 工作原理

太陽能系統是熱泵系統耦合太陽能組成的。太陽能熱泵系統主要有集熱器、蒸發器、冷凝器、壓縮機、節流閥、蓄熱器等組成，此系統利用集熱器收集太陽能的低溫熱量，熱量通過熱泵被提升到所需溫度，如果需要供應60℃以上的熱水，可以增加電熱水器進行熱量補充。圖1所示太陽能熱泵的工作原理。

圖1 太陽能熱泵工作原理

1.2 集熱器

集熱器是太陽能系統中的主要部件，J.G.Cervantes〔2〕能量分析指出，不可逆損失主要產生在熱泵的蒸發器處，如果減少蒸發器的能量損失就可以減少系統的不可逆損失，改善熱力循環性能。Omer Comakli〔3〕發現集熱器的數目從19個增加到24個時，COP最大可增大34%，投資可增大71%，因此集熱器的最佳數目要通過投資額和系統的性能高綜合考慮。

1.3 蓄熱器

太陽能輻射具有不穩定性，受到緯度、晝夜、季節、氣候的影響較大。太陽能系統要解決太陽能的不穩定性和間歇性的問題，就必須加設蓄熱器，太陽能熱泵系統的蓄熱器能夠將集熱器獲得的低品位熱加以儲存。

2 太陽能熱泵在國內的應用

當今，太陽能熱泵主要在公共建筑上得以應用。西部地區的第一套太陽能熱泵在西安一建筑上應用，此系統由368 m2的集熱器和一個地源熱泵組成，每天可提供30t，55℃的熱水。北京月壇體育中心訓練館采用太陽能熱泵提供熱水，此系統主要是提供生活熱水，富余熱量為泳池加熱。此館每天需要50℃的熱水30t。太陽能系統單獨可提供全年總熱量的73%，其余的熱量由熱泵供應。制熱時，太陽能熱泵只需小號三分之一的電能，其余熱量來自太陽能［4］。北京建立的天普新能源示范大樓，使用面積1018 m2的集熱器，夏季可提供個熱水120 m3.夏季使用太陽能占總能量的80%。昆明地區使用他養能熱泵干燥木材，每月可節省電費1萬元左右，并且相比傳統的干燥方式，具有干燥質量好，使用成本低，除投資少等特點［5］。

3 太陽能熱泵的特點

3.1 太陽能熱泵的優點

太陽能熱泵將熱泵和太陽能結合起來使用，彌補了熱泵系統的缺點，提高了系統的利用系數。如果熱泵長時間運行，南方地區夏季派熱量大，使得土壤溫度過高，北方地區冬季吸熱量大，使得土壤溫度不斷下降，影響了熱泵的正常使用。熱泵系統加入太陽能系統后，就可以使土壤溫度得到回復，熱泵的利用系數提高。太陽能熱泵在冬季使用時，通過太陽能提供初步熱量可以提高蒸發級的蒸發溫度，還可以防止蒸發器結霜，提高了系統的COP值［6］。據某建筑測試，在低溫環境-16℃時，太陽能熱泵仍然可以正常運行，-10℃以上的室外溫度，太陽能熱泵系統比傳統的風冷式熱泵運行效率提高30%。

3.2 太陽能熱泵的缺點

現行太陽能熱泵大致具有一下缺點：(1)太陽能熱泵的除投資偏高，這就影響了太陽能熱泵的推廣。(2)運行的可靠性。太陽能熱泵正在初步發展階段，使用還不是很成熟，太陽能熱泵的部件之間匹配要達到最佳的運行效果，還需要對太陽能熱泵的更完善設計和發展。

4 結論

太陽能是21世界最具前景的清潔能源。我國地域廣闊，每年日照時超過2000h的區域大約占我國面積的2/3。太陽能熱泵兼具了太陽能和熱泵的優點，彌補了彼此的不足，具有效率高，耗電少等優點，具有廣闊的發展前景。

［1］安玉彬，劉旭東，田永春1二十一世紀中國能源發展的總趨勢［J］1 能源工程，1999，(1)：1-41

［2］Cervantes JG，Torres-Reves E.Experiments on a solar assisted heat pump and an energy analysis of the system［J］1Applied Thermal Engineering，2002，22(12)：1289-12971

［3］Comakli Omer，Bayramoglu Mahmut.A thermodynamic model of a solar assisted heat pump systemwith energy storage［J］Solar Energy，1996，56(6)：485-492

［4］周小波.月壇體育中心綜合訓練館--太陽能熱泵中央熱水系統［J］.建筑技術，2005，(3)：49-511

［5］李海燕，劉祖明.太陽能熱泵木材干燥系統［J］.太陽能，2000，(1)：171

［6］李勤，太陽能—地源熱泵空調系統應用研究［J］.世界有色金屬，2012(10)：74-77