太阳能辅助热泵和热水器系统的设计与分析.pdfVIP

阳 泵 和热水器系统的设计与分析 上海理工大学动力学院 ■ 刘业凤 伍德虎 摘 要 ：针对现有太阳能热泵随太阳能辐射强度变化而致使系统运行不稳定的问题，提出了一种太阳能 辅助热泵和热水器系统，并介绍了这种系统的工作原理和控制原理。 关键词：太阳能；太阳能一空气源热泵及热水系统；节能 一 引言 泵系统的热源。这样既克服 了太阳能加热系统的问 随着国家倡导的节能减排发展战略的实施 ，研 题又解决了热泵系统冬季效率低的问题。太阳能热 发和利用新能源成为当前社会发展形势之一。20世 泵系统由于其节能环保的特点而得到快速发展 1【l2】。 纪70年代能源危机以来，太阳能逐步成为国内外研 究的重点。最近研究表明：到2050年，核能将 占第 二 太13tilt一空气双热源式热泵及热水系统 一 位，太阳能 占第二位 ；21世纪末，太阳能将取代 太阳能热利用技术与热泵技术的结合非常灵 核能占第一位。太阳能以其取之不尽、安全、无需 活，系统形式也多种多样，一般可分为太阳能驱动 运输、清洁无污染等特点受到人们的重视。由于太 热泵和太阳能辅助热泵两大类。太阳能驱动热泵主 阳能受季节和天气影响较大、热流密度低，导致各 要是指太阳能光电或热电驱动的压缩式热泵以及 以 种形式的太阳能直接热利用系统在应用上都受到一 太阳能辐射热直接驱动的吸收式、吸附式、喷射式 定的限制。随着生活水平的提高，用户对于供热的 和化学热泵等。这类热泵大多以实现太阳能制冷空 要求也越来越高，太阳能利用的一些局限性 日益显 调为主要 目的，一般对太阳能集热温度要求较高， 现：(1)在太阳辐照时间少的国家和地区，其应用受 而且普遍存在体积大、成本高、效率低等问题，较 到很大限制；(2)白天集热板板面温度的上升会导致 难实现小型化和商业化发展。 集热效率下降；(3)在夜间或阴雨天没有足够的太阳 太阳能辅助热泵通常是指作为太阳能热利用系 辐射时，无法实现24h的连续供热，如采用辅助加 统辅助装置的热泵系统，包括独立辅助热泵和以太 热方式 ，势必又要消耗大量的其它能源；(4))jl热周 阳辐射热能作为蒸发器热源的热泵 。这类热泵多数 期较长 ；(5)传统的太 阳集热器与建筑不易结合 ，在 以供热为主 ，涉及建筑采暖、生活热水供应以及工 一 定程度上影响了建筑的美观；(6)常规的太阳热水 业用热等应用领域，对太阳能集热温度要求不高， 器需要在房顶设水箱，在夜间气温较低时，储水箱 而且具有灵活多样 的系统形式、合理的经济技术性 和集热器向外界散热造成大量的热量损失。 能和 良好的商业实用化前景。根据集热介质的不同， 为克服太阳能利用中的上述问题，人们提出了 太阳能辅助热泵一般可分为直膨式和非直膨式两大 采用太阳能加热系统作为蒸汽压缩式热泵系统的热 类 。直膨式系统系统中，制冷剂作为太阳能集热 源。蒸汽压缩式热泵在实际应用中最大的问题是当 介质直接在太阳能集热／蒸发器中吸热蒸发，再通过 冬天的大气温度很低时，热泵系统的效率 比较低。 热泵循环将冷凝热释放给被加热物体，如图1a所 由于太阳能热利用系统中的集热器在低温时集热效 示 。这种系统极具小型化和商 品化发展潜力，但是 率较高，而热泵系统在其蒸发温度较高时系统效率 由于太阳能辐射条件受地理纬度、季节转换、昼夜 较高，因此可以考虑采用太阳能加热系统来作为热