太阳能热泵技术

太阳能利用技术——太阳能热泵系统

SolarHeatPumpSystem新能源科学与工程1班2016.01.06CONTENTS目录1234太阳能热泵的发展简介太阳能热泵的技术原理太阳能热泵的种类特点太阳能热泵的研究状况太阳能热泵的应用前景5住宅建筑的采暖和热水供应是我国能源消耗的一个重要方面，化石能源的大量消耗，使我国能源供应面临巨大的挑战，而且造成了严重的环境污染，因此节约能源、开发利用清洁的可再生能源、减少传统能源的的应用，成为一项十分紧迫的任务太阳能热泵的发展简介A太阳辐射少的国家地区受到的限制较大B白天集热板板面温度上升会使效率下降C受时间限制无法提供24小时持续供热D加热时间过长，且在一定程度上影响房屋结构E热水器的水箱在夜间会散失大量热量为克服太阳能利用的上诉问题，人们不断探索新的更高效的太阳能利用技术，在此过程中太阳能热泵技术受到了相当的重视。热泵通过消耗一定量的外功把热能从低温热源输送到高温热源的设备。而太阳能辅助热泵通常是指作为太阳能热利用系统辅助装置的热泵系统，这类热泵多数以供热为主，涉及建筑采暖、生活热水供应以及工业用热等应用领域。太阳集热器发展遇到的问题太阳能热泵的发展简介太阳能热泵的技术原理基本原理晴天，经膨胀阀节流后的低温低压制冷剂首先流入太阳能集热(蒸发器)中，通过蒸发后的制冷剂在压缩机中形成高温高压气体，然后排入冷凝器中，与水进行对流换热，制冷剂经膨胀阀又流回蒸发器中，如此循环。在夜间或是阴天，太阳能集热器也可以吸收大气中的显热和潜热来维持全天候的生产热水。传统串联式太阳能热泵系统并联式太阳能热泵系统直接膨胀式太阳能热泵系统混合连接式太阳能热泵系统太阳能热泵的技术原理结构与形式太阳能热泵的技术原理传统串联式太阳能热泵系统传统串联式太阳能热泵太阳能集热器与热泵蒸发器是独立部件，通过中间换热器实现换热。中间换热器用于存储被太阳能加热的工质（空气或水），热泵蒸发器与其换热使制冷剂蒸发，通过冷凝将热量传递给用户。太阳能热泵的技术原理直接膨胀式太阳能热泵系统直接膨胀式太阳能热泵系统太阳能集热器与热泵蒸发器合二为一，制冷剂被直接充入太阳能集热器。太阳能集热器同时作为热泵的蒸发器使用。太阳能热泵的技术原理并联式太阳能热泵系统并联式太阳能热泵系统该系统由传统的太阳能集热器与热泵共同组成，各自相互独立，互为补充。当太阳辐射足够时，只运行太阳能系统，否则，运行热泵系统或两个系统同时运行。太阳能热泵的技术原理混合连接式太阳能热泵系统混合连接太阳能热泵系统混合连接太阳能系统又叫双热源系统。设有两个蒸发器，一个以大气为热源，一个已被太阳能加热的工质为热源。

工作模式有3种：1、太阳辐射强度足够，不开启热泵，直接利用太阳能即可；2、太阳辐射强度很小，水箱中水温过低时，热泵开启，时期以空气为热源工作；3、当外界条件介于两者之间时，热泵以水箱中被太阳能加热了的工质为热源进行工作直彭式非直彭式直彭式系统：在直彭式系统中，是一种基于逆卡诺循环的系统，将太阳能集热器与热泵蒸发器结合成一体，太阳能热泵的种类特点非直彭式系统：在非直彭式系统中，太阳能集热器与热泵蒸发器分立，通过集热介质在集热器中吸收太阳能，并在蒸发器中将热量传递给制冷剂，或者是直接通过换热器将热量传递给需要预热的水或空气。太阳能热泵的种类特点太阳能热泵的种类特点太阳能热泵的种类特点太阳能热泵的种类特点太阳能热泵的种类特点太阳能热泵的种类特点太阳能热泵的种类特点太阳能热泵的研究状况国内研究状况

国内关于太阳能热泵发面的研究起步较晚，但是在短短的十几年时间内上海交通大学，天津大学，青岛理工大学，上海交通大学等在此方面的研究取得了丰收的成果。

天津大学的赵军，马一太等对串联式太阳能热泵供热水系统分别进行了实验研究和理论分析，结果表明，其所建立的实验系统一年四季均能可靠运行，能够稳定的向用户提供50℃生活热水，COP达到2.64～2.85(冬天)，2.61～3.5(夏天)

青岛建筑工程学院实验设计开发了单层盖板的平板集热器并进行了实验研究，在整个供暖测试期间，尽管室外温度在-10℃到4℃之间变化，室内温度仍能够保持在16℃-22℃之间，平均为19.32℃.经过计算得到，平均集热效率高达67.2%。

上海交通大学建立了直膨式太阳能热泵供热水系统实验台，结果表明该系统在各种天气情况下均能可靠地生产50℃的生活热水(热水平均温升达30℃以上，日均耗电量为1.68kWh，平均COP达到3.1)，说明其热性能较为稳定，且具有明显的节能效果[6].同时做出了直膨式太阳能热泵热水器实验样机，在室内模拟光源0～1000W/m2下，可得出热水平均加热功率为1.04kW，热泵平均COP为4.18。太阳能热泵的研究状况国内研究状况

2006年上海交通大学李郁武等人针对自行设计、建造的“直膨式太阳能热泵热水器”实验样机进行了春季运行工况的实验研究,结果表明,在环境温度均值20.6℃、太阳辐射强度均值在954.59W/m2的室外气象条件下,将150L水从13.4℃加热到50.5℃只需94min，热泵供热性能系数达到6.61。

哈尔滨工业大学的余延顺等，针对太阳能热泵系统的各种不同运行工况进行了分析研究，得出动态运行工况下总集热量和集热效率较静态运行工况分别提高23.1%和22.7%的结论。

上海水产大学自行设计、建立了直接膨胀式太阳能热泵系统实验装置。并进行了春季运行工况下的实验研究。结果表明，在空气温度为22℃～24℃，太阳能辐照度为700～1000W/m2的室外环境下，该系统的热泵性能系数COP达到了2.50～3.35。根据典型实验数据，讨论了太阳能辐照度、环境温度、冷凝温度等各参数对系统的热泵性能系数和集热效率的影响。【11】并利用平衡均相理论建立了太阳能集热器的数学模型。根据测定的环境参数对该系统进行了模拟计算。结果显示，裸板式太阳能集热器所在系统的COP可达5.0～5.8；认为若要改善此直膨式太阳能热泵系统的COP，可采用加装透明盖板和背面设保温结构的太阳能集热器及太阳能集热器多组并联的型式。太阳能热泵的研究状况国外研究状况太阳能热泵的研究状况国外研究状况太阳能热泵的研究状况国外研究状况太阳能热泵的应用前景太阳能热泵供暖系统01太阳能与热泵联合干燥02

太阳能热泵

中央热水系统03太阳能一空气源热泵系统04太阳能热泵的主要应用太阳能热泵的应用前景太阳能热泵的发展问题(1)性能可行性：各种类型的太阳能热泵性能都有待提高，要合理确定个部件之间的匹配关系以达到投资运行最佳效益；要将系统设计与建筑设计结合起来，既要考虑系统性能又要考虑建筑美观；要实行智能化控制，这需要各个专业的人相互配合。实现各种能量的优化配置，确定太阳能集热器面积、蓄热水箱容积、建筑面积之间的最佳匹配关系，才能使太阳能热泵供暖、供冷技术具有更强的竞争力，产生更大的社会效益。(2)投资经济性：能源结构和燃料价格直接影响太阳能热泵的经济性，例如，我国西部地区以煤炭为主的能源结构以及较低的燃料价格必将影响太阳能热泵的市场竞争力。同时，太阳能热泵系统初投资偏高也是影响其经济性的重要因素之一。

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