太陽能輔助熱泵

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)，包括獨立輔助熱泵和以太陽輻射熱能作為蒸發(fā)器熱源的熱泵。這類熱泵多數(shù)以供熱為主，涉及建筑采暖、生活熱水供應(yīng)以及工業(yè)用熱等應(yīng)用領(lǐng)域，對太陽能集熱溫度要求不高，而且具有靈活多樣的系統(tǒng)形式、合理的經(jīng)濟技術(shù)性能和良好的商業(yè)實用化前景。根據(jù)集熱介質(zhì)的不同，太陽能輔助熱泵一般可分為直膨式和非直膨式兩大類。

太陽能輔助熱泵直膨式

直膨式系統(tǒng)系統(tǒng)中，制冷劑作為太陽能集熱介質(zhì)直接在太陽能集熱/蒸發(fā)器中吸熱蒸發(fā)，然后通過熱泵循環(huán)將冷凝熱釋放給被加熱物體。這種系統(tǒng)極具小型化和商品化發(fā)展?jié)摿?，但是由于太陽能輻射條件受地理緯度、季節(jié)轉(zhuǎn)換、晝夜更替及各種復(fù)雜氣象因素的影響而隨時處于變化中，而工況的不穩(wěn)定必將導(dǎo)致系統(tǒng)性能的波動。

太陽能輔助熱泵非直膨式

非直膨式系統(tǒng)中，太陽能集熱介質(zhì)通常采用水、空氣或防凍溶液等流體，使它們在太陽能集熱器中吸收熱量，然后將此熱量直接傳遞給加熱對象或作為蒸發(fā)器熱源經(jīng)熱泵循環(huán)升溫后再加熱物體。

根據(jù)太陽能集熱循環(huán)與熱泵循環(huán)的不同連接形式，非直膨式太陽能輔助熱泵又可分為串聯(lián)式、并聯(lián)式和雙熱源式三種基本形式。串聯(lián)式是指太陽能集熱循環(huán)與熱泵循環(huán)通過蒸發(fā)器加以串聯(lián)，蒸發(fā)器熱源全部來自集熱循環(huán)所吸收的熱量；并聯(lián)式是指太陽能集熱循環(huán)與熱泵循環(huán)彼此獨立，后者僅作為前者不能滿足供熱需求時的輔助熱源；雙熱源式與串聯(lián)式基本相同，只是熱泵循環(huán)中包括了兩個蒸發(fā)器，可同時利用包括太陽能在內(nèi)的兩種低溫?zé)嵩椿蚨呋檠a充。

雙熱源式太陽能輔助熱泵由于采用包括太陽能在內(nèi)的兩種低溫?zé)嵩椿蚨呋檠a充，使系統(tǒng)具有更好的穩(wěn)定性。另外，可以在系統(tǒng)中增加蓄熱裝置，減小熱泵機組額定容量、降低系統(tǒng)運行費，提高太陽能依存率（定義為來自太陽的有效得熱占所需熱負(fù)荷的比例），并且夏季還可進行與太陽能無關(guān)的蓄冷運行以滿足房間空調(diào)的需求。

太陽能熱利用技術(shù)與熱泵技術(shù)的結(jié)合非常靈活，系統(tǒng)形式也多種多樣，一般可分為太陽能驅(qū)動熱泵和太陽能輔助熱泵兩大類。太陽能驅(qū)動熱泵主要是指太陽能光電或熱電驅(qū)動的壓縮式熱泵以及以太陽能輻射熱直接驅(qū)動的吸收式、吸附式、噴射式和化學(xué)熱泵等。

這類熱泵大多以實現(xiàn)太陽能制冷空調(diào)為主要目的，一般對太陽能集熱溫度要求較高，而且普遍存在體積大、成本高、效率低等問題，較難實現(xiàn)小型化和商業(yè)化發(fā)展。

研究開發(fā)和利用新能源，已經(jīng)成為世界各國能源研究與開發(fā)的共同戰(zhàn)略目標(biāo)。20世紀(jì)70年代能源危機以來，太陽能作為可利用的新能源，逐步成為國內(nèi)外研究的重點。最近研究表明：到2050年，核能將占第一位，太陽能占第二位；21世紀(jì)末，太陽能將取代核能占第一位。太陽能以其取之不盡、安全、無需運輸、清潔無污染等特點受到人們的重視。由于太陽能受季節(jié)和天氣影響較大、熱流密度低，導(dǎo)致各種形式的太陽能直接熱利用系統(tǒng)在應(yīng)用上都受到一定的限制。

隨著生活水平的提高，熱用戶對于供熱的要求也越來越高，太陽能利用的一些局限性日益顯現(xiàn)出來：（1）在太陽輻照時間少的國家和和地區(qū)，其應(yīng)用受到很大限制；（2）白天集熱板板面溫度的上升會導(dǎo)致集熱效率下降；（3）在夜間或陰雨天沒有足夠的太陽輻射時，無法實現(xiàn)24h的連續(xù)供熱，如采用輔助加熱方式，勢必又要消耗大量的其它能源；（4）加熱周期較長；（5）傳統(tǒng)的太陽集熱器與建筑不易結(jié)合，在一定程度上影響了建筑的美觀；（6）常規(guī)的太陽熱水器需要在房頂設(shè)水箱，在夜間氣溫較低時，儲水箱和集熱器向外界散熱造成大量的熱量損失。

為了克服太陽能利用中的上述問題，人們又提出了采用太陽能加熱系統(tǒng)作為蒸汽壓縮式熱泵系統(tǒng)的熱源。蒸汽壓縮式熱泵在實際應(yīng)用中最大的問題是當(dāng)冬天的大氣溫度很低時，熱泵系統(tǒng)的效率比較低。而太陽能熱利用系統(tǒng)中的集熱器在低溫時集熱效率較高，而熱泵系統(tǒng)在其蒸發(fā)溫度較高時系統(tǒng)效率較高，那么可以考慮采用太陽能加熱系統(tǒng)來作為熱泵系統(tǒng)的熱源。

這樣既克服了太陽能加熱系統(tǒng)的問題又解決了熱泵系統(tǒng)冬季效率低的問題。太陽能熱泵系統(tǒng)由于利用太陽能具有節(jié)能環(huán)保的作用而得到快速的發(fā)展。

由于太陽輻射具有不連續(xù)性、波動性大等缺點，而太陽輻射強度的變化必將導(dǎo)致熱泵系統(tǒng)性能的波動。因此，如何既能充分利用太陽能又能保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性，是太陽能熱泵系統(tǒng)走向?qū)嶋H應(yīng)用必須解決的重要問題。同時，商業(yè)分體空調(diào)與家用電熱水器的廣泛應(yīng)用，使家庭電能的消耗大幅度增加。因此，可以考慮將太陽能熱泵與熱水供應(yīng)聯(lián)合運行，用于替代分體空調(diào)與電熱水器。由此，可以利用太陽能，滿足用戶空調(diào)與生活熱水的要求，降低用戶的耗電費用。

太陽能熱泵熱水系統(tǒng)主要由三部分組成：能量采集區(qū)、能量轉(zhuǎn)換區(qū)和能量利用區(qū)，能量采集區(qū)是由槽式集熱器和熱力輔助設(shè)備組成。能量轉(zhuǎn)換區(qū)是由熱水熱泵主機、水箱組成。能量利用區(qū)就是熱水使用場所室內(nèi)部分，包括熱水管道、水龍頭等。

(1)槽式集熱器

利用槽式聚光鏡，直接將太陽光反射到位于鏡面焦點處的集熱管上，加熱導(dǎo)熱介質(zhì)。導(dǎo)熱介質(zhì)最高溫度可達300℃。槽式集熱器由四部分組成：聚光鏡、集熱管、跟日裝置、機架。

槽式集熱器特點：①光熱轉(zhuǎn)化效率達65%。②聚光鏡形狀精確，反光精度高，表面易清洗，聚光能力強。③控制系統(tǒng)靈活，追蹤精度高，偏差小于0.01。④有抗風(fēng)沙、風(fēng)雪、冰雹功能，能靈活地自動規(guī)避自然災(zāi)害。⑤不存在傳統(tǒng)真空管的凍管、爆管問題。

(2)熱力式熱泵

熱力式熱泵機組通過200℃左右的介質(zhì)驅(qū)動天然混合工質(zhì)MR717，經(jīng)過冷凝、節(jié)流、蒸發(fā)、吸收過程，吸收空氣中的熱量實現(xiàn)制熱循環(huán)。熱力式熱泵特點：

a、使用一次能源驅(qū)動，制熱效率可達2.0以上。

b、運行費用更低，與燃?xì)忮仩t相比全年可節(jié)約50%左右燃?xì)庥昧俊?/p>

c、超低溫制熱，即使在-30℃低溫下，依然正常高效制熱。

d、創(chuàng)新的融霜技術(shù)，保證客戶端穩(wěn)定熱量的輸入，50%的熱量足以將冰霜清理干凈。

e、使用壽命可達20年，熱泵主機內(nèi)無壓縮機，只有溶液泵和風(fēng)扇兩個運動部件。