試述太陽能熱泵技術在暖通空調中應用及發展

白琨

摘 要：新能源熱泵技術利用的是可再生無污染的新能源為建筑物提供暖氣或者冷氣，能大幅度降低暖通空調的能耗，有利于緩解目前我國資源緊張的現狀，實現人與自然的和諧統一。太陽能作為一種高度清潔的能源，現在已經廣泛應用于各個行業中，將太陽能應用到熱泵技術中能有效解決我國乃至世界的能源危機。文章主要就太陽能熱泵技術在暖通空調中的應用及發展展開探討。

關鍵詞：太陽能熱泵；暖通空調；應用；發展

1 前言

隨著經濟的發展和人們生活水平的提高，人們對生活環境中的舒適程度越來越重視，各種建筑物中已經逐漸離不開暖通空調。暖通空調的應用和普及極大提高了人們的生活質量，但是所消耗的能源也非常多，大量數據表明，暖通空調所使用的能源占建筑物能源消耗總量的一半以上。基于目前我國資源能源短缺和國家大力倡導可持續發展的現狀，暖通空調領域應該采用更加節能的新技術來有效降低能耗，而選擇資源豐富并且能與環境實現統一的新能源是降低暖通空調能耗的有效途徑。

2 太陽能熱泵技術的工作原理

太陽能熱泵系統是太陽能利用技術和熱泵技術的有機結合體，太陽能熱泵采暖系統最顯著的優勢在于僅僅利用極少的電能就能獲得很大的熱量，低溫熱源的利用程度非常高。將太陽能熱泵與地源熱泵或者空氣源熱泵結合起來使用能夠有效解決太陽能分散的特點。與采暖系統相比，太陽能制冷系統的成本要高一些，因為制冷系統增加了熱交換器和儲冷水箱等設備，在壓縮機的作用下，制冷劑通過蒸發來吸收儲冷水箱的熱量，從而達到降低溫度的效果。

3 太陽能熱泵技術在暖通空調中的應用

3.1 太陽能采暖

太陽能采暖，主要是把將分散的太陽能，通過集熱器轉換成方便使用的熱水，再把熱水輸送到發熱末端，進而形成建筑工程房間的采暖的系統，也叫做太陽能采暖系統。通過應用相關太陽能采暖設備，把太陽光能給轉化成為暖通空調系統所需的熱能。從而滿足人們的生活需要。一般，太陽能采暖分為主動式采暖和被動式采暖兩種形式。首先，主動式太陽能采暖主要是通過使用一定的電能，使加熱的水在管道中循環流動，完成房間供熱的過程。此采暖系統中涉及到的采暖設備主要有：風機、水泵、散熱器、儲熱器和集熱器等。隨著設備的不斷發展，特特別是太陽能集熱器的發展，主動式太陽能采暖系統逐漸得到應用。其次，被動式太陽能采暖系統。這種采暖方式不需要任何輔助性的能源，只需建筑方位的合理布置和建筑構件的恰當處理。節能效果非常明顯，也是常用的一種采暖方式。主要是使太陽光通過玻璃的透射，照射到墻體的黑色吸熱表面，墻表溫度得到升高，墻體進行蓄熱。當建筑需要供熱時，墻體與玻璃之間的熱空氣就會以自然對流的形式進入房間，而通過墻下通風口進入玻璃和墻體之間的室內冷空氣，就會被夾層加熱，從而形成自然的供熱循環。即使是沒有太陽光的時候，墻體所儲存的熱量也能夠對室內空氣進行加熱。這種采暖方式很大程度上降低了能源消耗。

3.2 太陽能熱水器

太陽能熱水器，主要是一種利用太陽光將水溫加熱的裝置設備。一般分為真空管式太陽能熱水器和平板式太陽能熱水器，其中真空管熱水瓶應用非常普遍，效果也很明顯，而且節能安全。主要依靠真空集熱管把太陽能轉換成熱能，利用熱水上浮冷水下沉的原理，使水產生微循環而提供所需的熱水。太陽能熱水器的應用給人們的生活帶來了極大的方便。

3.3 太陽能空調

根據太陽能光熱轉換的運行原理，太陽能空調在暖通空調中應用廣泛，太陽能空調的應用主要有兩方面的功能。其一，制冷。就是利用太陽能集熱器，為吸收式制冷機提供所需要的熱媒水，一般，熱媒水的溫度越高制冷機的性能系數就越高，這樣的空調系統制冷效果也就越好。其二，制熱。以太陽能和可再生的生物質燃料為主要能源，利用超導太陽能集熱器吸收太陽輻射能，經超導液傳遞到復合超導能量儲存轉換器，經過中央控溫系統進行調控，完成自動供暖循環，達到供暖的目的，這是一種綠色供暖方式。

4 太陽能熱泵技術在暖通空調中應用的問題及解決措施

雖然太陽能具備清潔性、經濟性及儲備無限性等優點，但也有間歇性、不穩定性等缺點，如果單獨使用太陽能熱泵系統進行供熱，可以出現以下情況。太陽輻射條件好的情況下，太陽能集熱器的集熱效果好，太陽能儲備量相對校多，室內熱負荷就會降低。若遇到太陽輻射不好的情況，太陽能集熱器的集熱效果自然下降，就無法滿足用戶的需求。盡管使用更大面積的太陽能集熱器可以提高太陽能儲備量，但會加大安裝難度，不利于運維檢修。此外，太陽能熱泵供暖技術使用也面臨著成本投入、工作協調等方面的挑戰。與常規的太陽能供熱技術相比，太陽能熱泵供暖技術的一次性建設投資和運行成本都比較高，若經濟實力不足很難安裝該系統。太陽能熱泵供暖系統的智能化控制程度較高，技術專業性也較高，對各專業人員的工作協調性提出了更高要求，需要各專業人員通力合作，方能有效應用太陽能熱泵供暖系統。

針對太陽能熱泵供暖系統在建筑應用實踐中的主要問題，提出了以下對策：第一，在太陽能熱泵供暖系統中加入空氣源熱泵、水源熱泵，組建混合式太陽能熱泵供暖系統，共同進行建筑室內供暖。具體方式：將太陽能室的散熱器和熱泵室的散熱器一同接入建筑室內，把空氣源熱泵和水源熱泵串聯在一起，公用一套壓縮機及附屬設施；將太陽能集熱器收集到的熱源儲備在蓄熱水箱中，經室內散熱器給用戶直接供暖。當然，除了通過通過太陽能熱源熱泵直接供暖外，也可以通過空氣源熱泵、水源熱泵直接供暖，解決了太陽能不充足情況下的供暖問題；第二，在不增加經濟負擔情況下，盡可能的加大建筑供暖方面的經濟投入，采用太陽能熱泵供暖技術。若經濟條件不允許，可以對傳統的太陽能供暖系統進行技術改造，如采用新型平板式內聚光太陽能集熱器，提高系統集熱效果；第三，加大各專業間的技術合作，做好協調、配合等工作，結合當前太陽能熱泵供暖系統的技術缺陷展開針對性的研發，不斷促進太陽能熱泵供暖技術水平提升，達到更好的節能效果。

5 太陽能熱泵技術在暖通空調中的發展

5.1 水源熱泵

水源熱泵的應用主要有兩種性能，供熱與制冷。首先，制冷，主要是通過高品位能源的少量輸入，使低溫位置的熱能向高溫位置的熱能轉移。而水體分別作為熱泵供暖和空調制冷的能源，一般在夏季，要將建筑物中的熱量釋放到水源中去，因為水源溫度低，能夠很好地帶走熱量，從而達到室內空調制冷的目的。

5.2 地源熱泵

地源熱泵是熱泵種類的一種，主要是通過利用淺層地熱資源，如地下水、土壤或地表水等，既能夠供熱又可以制冷，是一種高效節能的空調設備。首先，地源熱泵也是通過高品位能源的少量輸入，從而實現低溫位置熱能向高溫位置熱能的轉移。在冬季，地源熱泵把地能中的熱量提取出來，溫度提高后，把熱能輸送到室內，完成采暖過程；在夏季，地源熱泵再把室內的熱量提取出來，重新釋放到地能中去。供暖制冷效果非常好，而且真正做到了節能環保。

總之，太陽能熱泵技術是太陽能和熱泵技術的有機結合，兩者的融合利用可提高系統的能效比，同時克服了傳統太陽能和熱泵各自的缺點，既提高了系統對使用環境的適應性，降低了系統的運行費用，也拓寬了其應用范圍。不過太陽能熱泵技術也是優點和缺點并存的，這需要技術人員不斷對太陽能熱泵技術加以改進，這樣太陽能熱泵技術的發展空間才會更加廣闊。

參考文獻：

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