太阳能热泵供热技术研究与应用

郑振玉

摘 要：能源与环境是21世纪全球的一个共同话题，随着生态环境日益恶化和能源消耗的逐渐加大，这一话题的受关注程度越来越高，很多人将目光放在新能源开发与利用上。太阳能是清洁可再生能源，热泵是高效节能技术，两者有机结合应用既提高了太阳能集热器效率和热泵性能，又拓宽了应用范围，使其实用性大大增强。基于此，本文主要对太阳能热泵供热技术与应用进行分析探讨。

关键词：太阳能；热泵；供热技术；研究；应用

1 前言

太阳能不仅具有取之不尽、用之不竭的特点，还具有零污染性，因此利用太阳能供热成为新世纪能源利用的重要方向。另一方面，热泵这种节能装置具有高能量品位的特性，可以将具有间歇性的太阳能更好的转化并投入使用。因此，将热泵技术与太阳能利用技术相结合，可以很好地解决太阳能本身存在的间断性、不稳定性的问题，而且可以节约高品位能量并最大限度的减少环境污染，提高能源利用率。

2 太阳能热泵供热技术的特性

太阳能热泵在工作原理、技术改革、机构设计、工艺流程以及应用实践中的特点。

2.1 工作原理

太阳能热泵在工作原理上具有亮点，即其综合利用了太阳能以及浅层地能。在阴雨天气等阳光利用率较低的天气状况下，太阳能热泵使得太阳能的供热系统能够持续有效的进行。在正常天气下，只需要启动太阳能集热器就能利用收集到的热能，遇到天气状况不好的时候，就可以浅层地能作为太阳能的补充，实现对建筑物供热的持续性。浅层地热的利用形式有地下温水、浅层土壤热等，实现其在不同具有自然环境特点的地区的应用。

太阳能热泵系统由太阳能集热器、热泵机组、蓄热水箱、供暖供水装置、控制装置等设备有机组合而成。根据热泵蒸发器与太阳能集热器的组合形式可分为直膨式和非直膨式两大类，在直膨式系统中太阳能集热器和蒸发器合二为一；在非直膨式系统中太阳能集热器和热泵蒸发器相对独立工作，而非直膨式又可分为串联、并联和混联三种方式。

2.2 技术改革

太阳能热泵技术可以采用新型的太阳能集热器，例如新型平板式内聚光太阳能集热器，使集热效率提高到60%以上。这种新型的太阳能集热器较之传统的集热器，更适合在天气寒冷的地区使用。

2.3 机构设计

太阳能热泵有三个主要的机构组成，即太阳能供热总成、低能运行转化总成以及风机盘管供能总成，且采用模块式结构，使得对其的维护变得简便快捷，并且不影响其在维修中的正常使用。

2.4 工艺流程

太阳能热泵供热的另一个创新点在于，其利用了智能化的自动控制装置，这种装置使得对整个系统的运行实现了自动控制的目标。即在阳光减少、不足以满足太阳能集热器的热能需求时，自动开启热泵系统，以地能来弥补太阳能的缺少。若太阳能充足，又会自动停止热泵工作。这种智能化控制能够使得节能效果达到最佳。

2.5 应用实践

太阳能热泵由于其产热量大、利用率高，不仅能报保证一年四季的热水供应，而且可以实现采暖制冷的双重目标。此外，太阳能热泵还使得建筑物自身供热系统的构建成为可能，大大减少因为管线铺设等问题造成的成本开支。

3 太阳能热泵供热技术在建筑中的应用现状、问题及解决方向

3.1 应用现状和问题

太阳能热泵供暖技术具有很多优点，适应性强、应用面广，可以在气候条件、地理地形等环境迥异的地区应用实践。我国幅员广阔，一些光照地区差地区无法使用传统的太阳能供热技术，但由于太阳能热泵供暖技术综合利用了太阳能和浅层地能，即使光照条件相对差一些，也可以通过浅层地能补充太阳能，很好的解决了传统太阳能供暖技术缺陷，为太阳能热泵供暖技术应用实践提供了有力技术支持。

近年来，随着太阳能技术不断发展和环保节能要求的不段提高，太阳能与建筑供暖的结合已经成为社会广泛关注的一个话题，甚至表现出了太阳能与建筑一体化发展趋势。在建筑供暖中采用太阳能热泵供暖技术，可以让太阳能资源替代常规的能源，如电力能源，减少常规能源消耗，利于降低建筑供暖对常规能源的依赖，大幅度节省建筑能耗。而且，太阳能热泵供暖技术基本是零排放、零污染，环境友好程度高，符合可持续发展的核心内涵。由于太阳能本身具有间歇性、不稳定等特点，以往的太阳能供热技术无法满足“全天候”供暖或制冷要求，只能通过电加热、燃气加热方式补充热源，不仅消耗了大量的能源，也增加了安全问题。太阳能热泵供暖技术以浅层地能作为太阳能的热源补充，安全性、环保性都很高，应用更广泛。

虽然太阳能具备清洁性、经济性及储备无限性等优点，但也有间歇性、不稳定性等缺点，如果单独使用太阳能热泵系统进行供热，可以出现以下情况。太阳辐射条件好的情况下，太阳能集热器的集热效果好，太阳能储备量相对校多，室内热负荷就会降低。若遇到太阳辐射不好的情况，太阳能集热器的集热效果自然下降，就无法满足用户的需求。尽管使用更大面积的太阳能集热器可以提高太阳能储备量，但会加大安装难度，不利于运维检修。此外，太阳能热泵供暖技术使用也面临着成本投入、工作协调等方面的挑战。与常规的太阳能供热技术相比，太阳能热泵供暖技术的一次性建设投资和运行成本都比较高，若经济实力不足很难安装该系统。太阳能热泵供暖系统的智能化控制程度较高，技术专业性也较高，对各专业人员的工作协调性提出了更高要求，需要各专业人员通力合作，方能有效应用太阳能热泵供暖系统。

3.2 解决方向

针对太阳能热泵供暖系统在建筑应用实践中的主要问题，提出了以下对策：第一，在太阳能热泵供暖系统中加入空气源热泵、水源热泵，组建混合式太阳能热泵供暖系统，共同进行建筑室内供暖。具体方式：将太阳能室的散热器和热泵室的散热器一同接入建筑室内，把空气源热泵和水源热泵串联在一起，公用一套压缩机及附属设施；将太阳能集热器收集到的热源储备在蓄热水箱中，经室内散热器给用户直接供暖。当然，除了通过太阳能热源热泵直接供暖外，也可以通过空气源热泵、水源热泵直接供暖，解决了太陽能不充足情况下的供暖问题；第二，在不增加经济负担情况下，尽可能的加大建筑供暖方面的经济投入，采用太阳能热泵供暖技术。若经济条件不允许，可以对传统的太阳能供暖系统进行技术改造，如采用新型平板式内聚光太阳能集热器，提高系统集热效果；第三，加大各专业间的技术合作，做好协调、配合等工作，结合当前太阳能热泵供暖系统的技术缺陷展开针对性的研发，不断促进太阳能热泵供暖技术水平提升，达到更好的节能效果。另外，可以从国外发达国家吸取经验，用于国内太阳能热泵技术研究。

4 结束语

太阳能热泵技术是太阳能和热泵技术的有机结合，两者的融合利用可提高系统的能效比，同时克服了传统太阳能和热泵各自的缺点，既提高了系统对使用环境的适应性，降低了系统的运行费用，也拓宽了其应用范围。总之，太阳能热泵供暖技术在建筑中的应用可以节约能源，减少污染气体排放，保护空气环境。在今后工作中，要加大太阳能热泵供暖技术研发，使之不断完善，适应用户的更高要求。

参考文献：

[1] 张秋瑞.《太阳能热泵供热技术探析》，《中国房地产业》，2011（6）.

[2] 魏兆凯，刘凯，王晓洲.《太阳能热泵开发的理论与实践》，《农机化研究》，2009（3）.

[3] 旷玉辉，王如竹.《太阳能热泵供热水系统的实验研究》，《太阳能学报》，2002（4）