太阳能与热泵结合供热采暖工程研究

太阳能与热泵结合供热采暖工程研究

郝俪娟

郝俪娟

（哈尔滨市热力规划设计研究院有限公司黑龙江哈尔滨150070

哈尔滨工业大学黑龙江哈尔滨1500001）

摘要：当今时代，全球化特征愈加明显，中国进入了转型时期。在这个阶段中我们不仅要加快我们的经济建设，同时还要抓我们的生态环保建设。但这不仅是中国在行动，事实上全球已经有很多国家开始发展低碳经济，注重以清洁能源为主的新能源开发。尤其是现在因为全球的能源储存都比较紧张，尤其是化石燃料更是不断减少。在这种情况下，太阳能无疑是我们现在能够开发并使用的新能源之一。

关键词：太阳能；热泵；供热采暖

引言

大量化石能源消耗带来的资源枯竭和环境问题已不断引起各国的重视，其中大气中CO2浓度升高带来的全球气候变化已成为不争的事实，特别是近年来引起了全世界范围的高度关注。可持续发展思想逐步成为国际社会共识，可再生能源作为替代能源开发利用受到世界各国的高度重视，许多国家将开发利用可再生能源作为能源战略的重要组成部分，提出了明确的可再生能源发展目标，制定了鼓励可再生能源发展的法律和政策，可再生能源得到迅速发展。在建筑行业中，太阳能由于其取之不尽、廉价、清洁无污染等特点而得到广泛应用。

1太阳能热泵结合供暖系统工作原理

太阳能热泵系统，是通过系统辅助装置利用太阳能的热泵系统。太阳能热泵主要被应用于建筑供暖领域，同时也包括企业或工厂用热需要。目前太阳能热泵系统技术由于系统灵活、利用性能较强，同时具备较良好的经济效益，在未来的商业发展中有较广的应用前景。太阳能热泵遵循的是卡诺循环原理，在系统运行过程中，由于有双泵系统的支撑，因此能实现持续供热，系统更加稳定。在有太阳辐射的情况下，可进行能源的直接利用；在无直接太阳辐射的情况下，可通过系统转换为空气能热泵进行制热。太阳能热泵中的制冷剂工质，吸收太阳能与空气能后，对制冷剂蒸气进行冷凝放热，再通过热力膨胀阀与蒸发器，对冷凝液进行降压降温并蒸发。在太阳能热泵系统的运行中，不断将太阳能与空气能循环利用，是当下供暖系统研发中的重要技术。

2太阳能热泵复合系统

2.1太阳能-水源热泵系统

因为太阳能不是全天不间断的，因为我们还必须要考虑在出现各种情况以后，该系统还能够实现供暖。这样就能够提升该系统的使用效率，还可以减少电能的损耗。尤其是在冬季，这个系统可以通过测试水箱出口的温度来自行选择运行模式，这个模式一共有四种：直接供暖、串联热泵供暖、间接加热源侧水的热泵供暖、水源热泵单独供暖。接下来将对这几个模式做一个简单的介绍：直接供暖模式：在整个供暖过程中，最开始的时候和最后结束的时候，这两个时期的负荷相对不高，而且太阳能的辐射度在这个时候也很好这个时候的水箱温度也相对较高。当温度大于最后的供水温度的时候，就可以直接使用太阳能来进行供热，这种情况就可以不使用热泵。太阳能串联热聚供暖模式：当阳光的辐射强度不是很高的时候，可能会出现虽然水箱出口的温度要比低温热源的温度高，但是水箱出口的温度又比热泵的最高工作温度低的情况。这个时候就不是直接用太阳能进行供热，而是采用太阳能热泵。水源热泵单独供暖模式：第三种情况就是当水箱出口的温度比热源在低温模式下的温度还要低的时候，系统就不再通过水箱来供热，而是直接使用热泵蒸发器，通过蒸发器的热量进行供热。太阳能间接加热源测水的热泵供暖模式：最后一种情况是当水箱出口温度比直接使用太阳能的温度要低，但是又比热泵开始工作的最高温度要高的时候，就会开启间接加热的模式。主要是水箱的流体通过交换器把热量传导给低温热源，这样就能够提高其通过热泵时候的温度。

2.2太阳能-空气源热泵系统

该系统是以空气源热泵系统作为太阳能热水系统的辅助系统。主要有太阳能集热器、空气源热泵系统组成。如图2所示。

（1）当太阳能辐射足够强时，不启用热泵单元，太阳能集热器收集热量直接供给热用户。

（2）当辐射不足或无太阳能可利用时，空气源热泵系统直接对供热水箱中的水加热。

2.3太阳能-地源热泵系统

太阳能—地源热泵系统由太阳能集热器、地热换热器、热泵机组及其它附属设备组成。太阳能与土壤热的结合具有良好的互补性，地源热泵系统能够弥补太阳能间歇性和不稳定性对整个系统的影响，同时由于地下埋管换热器还可以将日间或夏季富余的太阳能贮存在土壤中，这不仅能起到恢复土壤的温度同时还减小了系统蓄热装置的容量。提高了系统的能源利用率，加大可再生能源利用。太阳能热泵系统与常规空调的比较与常规空调相比太阳能热泵系统具有以下二大明显的优点：①运行经济性比常规空调好达到节能目的；②同一套太阳能热泵空调系统可以将夏季制冷冬季采暖和其它季节提供热水结合起来显著地提高了太阳能系统的利用率和经济性。据测算，利用太阳能热泵机组加热水比用燃气和电热节能约60%～80%，节能效果非常好，太阳能热泵机组的使用寿命一般都在10年以上，用其性价比来分析是非常经济实用的。

我们在强调太阳能热泵空调优点的同时也应看到它目前存在的局限性，因而在推广应用过程中注意解决这些问题，由于太阳能密度较低以及昼夜季节等气候因素的影响，因此要真正用好太阳能热泵空调器供热，应研制高效集热器提高集热效果，降低现有真空管集热器的成本。可以预见随着太阳能技术及热泵技术的不断提高与开发，用于采暖的太阳能热泵空调器必将成为空调领域的发展趋势，得到越来越多的关注和应用。

图2太阳能-空气源热泵供暖系统

3太阳能热泵结合供暖系统应用优势

太阳能热泵供暖系统应用广泛，相较传统太阳能直接供热系统而言，太阳能热泵系统的开发还具备其他应用优势，进一步弥补了传统模式分散、不稳定、利用率不高的缺陷。

3.1应用程度更高

结合热泵技术后，系统可利用双热泵进行供热，因此不需要强行规定在晴天使用，同时也不需要受季节的影响，可应用程度更高。太阳能热泵系统的应用范围较广，不仅可用于居民生活供暖所需，同时对于学校、企业或者酒店等，都可进行有效的供暖与供水，不再局限于传统的家庭式居民生活所需。

3.2客户体验更好

传统太阳能供水供暖大多都是安装在屋顶，太阳能热泵系统能支持屋顶的安装，同时可以放置于地面上，安装方式便利。对房屋装饰要求较高的用户而言，有更多更便利的选择，提高用户的产品体验度。

3.3计算机智能操控

这项系统的应用可支持现场监控，采用的PLC控制器，可进行计算机远程操控与现场实施模拟。太阳能热泵采用的智能化系统，让检测人员更容易操控，并且在系统故障时，能通过智能监控及时进行排查。

结语

当前，太阳能是环保节能的新兴可再生能源，利用前景良好，我国企业对太阳能的开发利用范围也逐渐扩大，尤其在供水与供暖方面的应用最广泛。然而，由于太能能能源的利用尚不稳定，需要结合热泵技术进行新的开发利用。太阳能热泵系统的开发，改变了传统太阳能供暖分散、效率低下的利用现状，充分提高了太阳能能源的利用率。在未来的太阳能能源开发利用进程中，相关科研人员仍需继续钻研，研发出更多先进高效的能源利用技术系统，推动我国能源环保事业的发展。

参考文献：

[1]付加庭.太阳能与热泵结合供热采暖工程案例分析[J].中国太阳能产业资讯，2014（11）：26-27.

[2]徐淑娟，焦青太.建筑一体化太阳能工程实施中采暖集成系统研究[J].连云港职业技术学院学报，2014，27（4）：29-31.

[3]陈红兵，牛浩宇，张磊，等.供热与集热模式下热管式太阳能PV/T热泵系统实验研究[J].可再生能源，2017，35（12）：1791-1797.