太陽能熱泵技術

太陽能利用技術——太陽能熱泵系統(tǒng)

SolarHeatPumpSystem新能源科學與工程1班2016.01.06CONTENTS目錄1234太陽能熱泵的發(fā)展簡介太陽能熱泵的技術原理太陽能熱泵的種類特點太陽能熱泵的研究狀況太陽能熱泵的應用前景5住宅建筑的采暖和熱水供應是我國能源消耗的一個重要方面，化石能源的大量消耗，使我國能源供應面臨巨大的挑戰(zhàn)，而且造成了嚴重的環(huán)境污染，因此節(jié)約能源、開發(fā)利用清潔的可再生能源、減少傳統(tǒng)能源的的應用，成為一項十分緊迫的任務太陽能熱泵的發(fā)展簡介A太陽輻射少的國家地區(qū)受到的限制較大B白天集熱板板面溫度上升會使效率下降C受時間限制無法提供24小時持續(xù)供熱D加熱時間過長，且在一定程度上影響房屋結構E熱水器的水箱在夜間會散失大量熱量為克服太陽能利用的上訴問題，人們不斷探索新的更高效的太陽能利用技術，在此過程中太陽能熱泵技術受到了相當?shù)闹匾?。熱泵通過消耗一定量的外功把熱能從低溫熱源輸送到高溫熱源的設備。而太陽能輔助熱泵通常是指作為太陽能熱利用系統(tǒng)輔助裝置的熱泵系統(tǒng)，這類熱泵多數(shù)以供熱為主，涉及建筑采暖、生活熱水供應以及工業(yè)用熱等應用領域。太陽集熱器發(fā)展遇到的問題太陽能熱泵的發(fā)展簡介太陽能熱泵的技術原理基本原理晴天，經(jīng)膨脹閥節(jié)流后的低溫低壓制冷劑首先流入太陽能集熱(蒸發(fā)器)中，通過蒸發(fā)后的制冷劑在壓縮機中形成高溫高壓氣體，然后排入冷凝器中，與水進行對流換熱，制冷劑經(jīng)膨脹閥又流回蒸發(fā)器中，如此循環(huán)。在夜間或是陰天，太陽能集熱器也可以吸收大氣中的顯熱和潛熱來維持全天候的生產(chǎn)熱水。傳統(tǒng)串聯(lián)式太陽能熱泵系統(tǒng)并聯(lián)式太陽能熱泵系統(tǒng)直接膨脹式太陽能熱泵系統(tǒng)混合連接式太陽能熱泵系統(tǒng)太陽能熱泵的技術原理結構與形式太陽能熱泵的技術原理傳統(tǒng)串聯(lián)式太陽能熱泵系統(tǒng)傳統(tǒng)串聯(lián)式太陽能熱泵太陽能集熱器與熱泵蒸發(fā)器是獨立部件，通過中間換熱器實現(xiàn)換熱。中間換熱器用于存儲被太陽能加熱的工質（空氣或水），熱泵蒸發(fā)器與其換熱使制冷劑蒸發(fā)，通過冷凝將熱量傳遞給用戶。太陽能熱泵的技術原理直接膨脹式太陽能熱泵系統(tǒng)直接膨脹式太陽能熱泵系統(tǒng)太陽能集熱器與熱泵蒸發(fā)器合二為一，制冷劑被直接充入太陽能集熱器。太陽能集熱器同時作為熱泵的蒸發(fā)器使用。太陽能熱泵的技術原理并聯(lián)式太陽能熱泵系統(tǒng)并聯(lián)式太陽能熱泵系統(tǒng)該系統(tǒng)由傳統(tǒng)的太陽能集熱器與熱泵共同組成，各自相互獨立，互為補充。當太陽輻射足夠時，只運行太陽能系統(tǒng)，否則，運行熱泵系統(tǒng)或兩個系統(tǒng)同時運行。太陽能熱泵的技術原理混合連接式太陽能熱泵系統(tǒng)混合連接太陽能熱泵系統(tǒng)混合連接太陽能系統(tǒng)又叫雙熱源系統(tǒng)。設有兩個蒸發(fā)器，一個以大氣為熱源，一個已被太陽能加熱的工質為熱源。

工作模式有3種：1、太陽輻射強度足夠，不開啟熱泵，直接利用太陽能即可；2、太陽輻射強度很小，水箱中水溫過低時，熱泵開啟，時期以空氣為熱源工作；3、當外界條件介于兩者之間時，熱泵以水箱中被太陽能加熱了的工質為熱源進行工作直彭式非直彭式直彭式系統(tǒng)：在直彭式系統(tǒng)中，是一種基于逆卡諾循環(huán)的系統(tǒng)，將太陽能集熱器與熱泵蒸發(fā)器結合成一體，太陽能熱泵的種類特點非直彭式系統(tǒng)：在非直彭式系統(tǒng)中，太陽能集熱器與熱泵蒸發(fā)器分立，通過集熱介質在集熱器中吸收太陽能，并在蒸發(fā)器中將熱量傳遞給制冷劑，或者是直接通過換熱器將熱量傳遞給需要預熱的水或空氣。太陽能熱泵的種類特點太陽能熱泵的種類特點太陽能熱泵的種類特點太陽能熱泵的種類特點太陽能熱泵的種類特點太陽能熱泵的種類特點太陽能熱泵的種類特點太陽能熱泵的研究狀況國內(nèi)研究狀況

國內(nèi)關于太陽能熱泵發(fā)面的研究起步較晚，但是在短短的十幾年時間內(nèi)上海交通大學，天津大學，青島理工大學，上海交通大學等在此方面的研究取得了豐收的成果。

天津大學的趙軍，馬一太等對串聯(lián)式太陽能熱泵供熱水系統(tǒng)分別進行了實驗研究和理論分析，結果表明，其所建立的實驗系統(tǒng)一年四季均能可靠運行，能夠穩(wěn)定的向用戶提供50℃生活熱水，COP達到2.64～2.85(冬天)，2.61～3.5(夏天)

青島建筑工程學院實驗設計開發(fā)了單層蓋板的平板集熱器并進行了實驗研究，在整個供暖測試期間，盡管室外溫度在-10℃到4℃之間變化，室內(nèi)溫度仍能夠保持在16℃-22℃之間，平均為19.32℃.經(jīng)過計算得到，平均集熱效率高達67.2%。

上海交通大學建立了直膨式太陽能熱泵供熱水系統(tǒng)實驗臺，結果表明該系統(tǒng)在各種天氣情況下均能可靠地生產(chǎn)50℃的生活熱水(熱水平均溫升達30℃以上，日均耗電量為1.68kWh，平均COP達到3.1)，說明其熱性能較為穩(wěn)定，且具有明顯的節(jié)能效果[6].同時做出了直膨式太陽能熱泵熱水器實驗樣機，在室內(nèi)模擬光源0～1000W/m2下，可得出熱水平均加熱功率為1.04kW，熱泵平均COP為4.18。太陽能熱泵的研究狀況國內(nèi)研究狀況

2006年上海交通大學李郁武等人針對自行設計、建造的“直膨式太陽能熱泵熱水器”實驗樣機進行了春季運行工況的實驗研究,結果表明,在環(huán)境溫度均值20.6℃、太陽輻射強度均值在954.59W/m2的室外氣象條件下,將150L水從13.4℃加熱到50.5℃只需94min，熱泵供熱性能系數(shù)達到6.61。

哈爾濱工業(yè)大學的余延順等，針對太陽能熱泵系統(tǒng)的各種不同運行工況進行了分析研究，得出動態(tài)運行工況下總集熱量和集熱效率較靜態(tài)運行工況分別提高23.1%和22.7%的結論。

上海水產(chǎn)大學自行設計、建立了直接膨脹式太陽能熱泵系統(tǒng)實驗裝置。并進行了春季運行工況下的實驗研究。結果表明，在空氣溫度為22℃～24℃，太陽能輻照度為700～1000W/m2的室外環(huán)境下，該系統(tǒng)的熱泵性能系數(shù)COP達到了2.50～3.35。根據(jù)典型實驗數(shù)據(jù)，討論了太陽能輻照度、環(huán)境溫度、冷凝溫度等各參數(shù)對系統(tǒng)的熱泵性能系數(shù)和集熱效率的影響。【11】并利用平衡均相理論建立了太陽能集熱器的數(shù)學模型。根據(jù)測定的環(huán)境參數(shù)對該系統(tǒng)進行了模擬計算。結果顯示，裸板式太陽能集熱器所在系統(tǒng)的COP可達5.0～5.8；認為若要改善此直膨式太陽能熱泵系統(tǒng)的COP，可采用加裝透明蓋板和背面設保溫結構的太陽能集熱器及太陽能集熱器多組并聯(lián)的型式。太陽能熱泵的研究狀況國外研究狀況太陽能熱泵的研究狀況國外研究狀況太陽能熱泵的研究狀況國外研究狀況太陽能熱泵的應用前景太陽能熱泵供暖系統(tǒng)01太陽能與熱泵聯(lián)合干燥02

太陽能熱泵

中央熱水系統(tǒng)03太陽能一空氣源熱泵系統(tǒng)04太陽能熱泵的主要應用太陽能熱泵的應用前景太陽能熱泵的發(fā)展問題(1)性能可行性：各種類型的太陽能熱泵性能都有待提高，要合理確定個部件之間的匹配關系以達到投資運行最佳效益；要將系統(tǒng)設計與建筑設計結合起來，既要考慮系統(tǒng)性能又要考慮建筑美觀；要實行智能化控制，這需要各個專業(yè)的人相互配合。實現(xiàn)各種能量的優(yōu)化配置，確定太陽能集熱器面積、蓄熱水箱容積、建筑面積之間的最佳匹配關系，才能使太陽能熱泵供暖、供冷技術具有更強的競爭力，產(chǎn)生更大的社會效益。(2)投資經(jīng)濟性：能源結構和燃料價格直接影響太陽能熱泵的經(jīng)濟性，例如，我國西部地區(qū)以煤炭為主的能源結構以及較低的燃料價格必將影響太陽能熱泵的市場競爭力。同時，太陽能熱泵系統(tǒng)初投資偏高也是影響其經(jīng)濟性的重要因素之一。

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