太陽(yáng)能熱泵技術(shù)

太陽(yáng)能利用技術(shù)——太陽(yáng)能熱泵系統(tǒng)

SolarHeatPumpSystem新能源科學(xué)與工程1班2016.01.06CONTENTS目錄1234太陽(yáng)能熱泵的發(fā)展簡(jiǎn)介太陽(yáng)能熱泵的技術(shù)原理太陽(yáng)能熱泵的種類特點(diǎn)太陽(yáng)能熱泵的研究狀況太陽(yáng)能熱泵的應(yīng)用前景5住宅建筑的采暖和熱水供應(yīng)是我國(guó)能源消耗的一個(gè)重要方面，化石能源的大量消耗，使我國(guó)能源供應(yīng)面臨巨大的挑戰(zhàn)，而且造成了嚴(yán)重的環(huán)境污染，因此節(jié)約能源、開(kāi)發(fā)利用清潔的可再生能源、減少傳統(tǒng)能源的的應(yīng)用，成為一項(xiàng)十分緊迫的任務(wù)太陽(yáng)能熱泵的發(fā)展簡(jiǎn)介A太陽(yáng)輻射少的國(guó)家地區(qū)受到的限制較大B白天集熱板板面溫度上升會(huì)使效率下降C受時(shí)間限制無(wú)法提供24小時(shí)持續(xù)供熱D加熱時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，且在一定程度上影響房屋結(jié)構(gòu)E熱水器的水箱在夜間會(huì)散失大量熱量為克服太陽(yáng)能利用的上訴問(wèn)題，人們不斷探索新的更高效的太陽(yáng)能利用技術(shù)，在此過(guò)程中太陽(yáng)能熱泵技術(shù)受到了相當(dāng)?shù)闹匾?。熱泵通過(guò)消耗一定量的外功把熱能從低溫?zé)嵩摧斔偷礁邷責(zé)嵩吹脑O(shè)備。而太陽(yáng)能輔助熱泵通常是指作為太陽(yáng)能熱利用系統(tǒng)輔助裝置的熱泵系統(tǒng)，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。太陽(yáng)集熱器發(fā)展遇到的問(wèn)題太陽(yáng)能熱泵的發(fā)展簡(jiǎn)介太陽(yáng)能熱泵的技術(shù)原理基本原理晴天，經(jīng)膨脹閥節(jié)流后的低溫低壓制冷劑首先流入太陽(yáng)能集熱(蒸發(fā)器)中，通過(guò)蒸發(fā)后的制冷劑在壓縮機(jī)中形成高溫高壓氣體，然后排入冷凝器中，與水進(jìn)行對(duì)流換熱，制冷劑經(jīng)膨脹閥又流回蒸發(fā)器中，如此循環(huán)。在夜間或是陰天，太陽(yáng)能集熱器也可以吸收大氣中的顯熱和潛熱來(lái)維持全天候的生產(chǎn)熱水。傳統(tǒng)串聯(lián)式太陽(yáng)能熱泵系統(tǒng)并聯(lián)式太陽(yáng)能熱泵系統(tǒng)直接膨脹式太陽(yáng)能熱泵系統(tǒng)混合連接式太陽(yáng)能熱泵系統(tǒng)太陽(yáng)能熱泵的技術(shù)原理結(jié)構(gòu)與形式太陽(yáng)能熱泵的技術(shù)原理傳統(tǒng)串聯(lián)式太陽(yáng)能熱泵系統(tǒng)傳統(tǒng)串聯(lián)式太陽(yáng)能熱泵太陽(yáng)能集熱器與熱泵蒸發(fā)器是獨(dú)立部件，通過(guò)中間換熱器實(shí)現(xiàn)換熱。中間換熱器用于存儲(chǔ)被太陽(yáng)能加熱的工質(zhì)（空氣或水），熱泵蒸發(fā)器與其換熱使制冷劑蒸發(fā)，通過(guò)冷凝將熱量傳遞給用戶。太陽(yáng)能熱泵的技術(shù)原理直接膨脹式太陽(yáng)能熱泵系統(tǒng)直接膨脹式太陽(yáng)能熱泵系統(tǒng)太陽(yáng)能集熱器與熱泵蒸發(fā)器合二為一，制冷劑被直接充入太陽(yáng)能集熱器。太陽(yáng)能集熱器同時(shí)作為熱泵的蒸發(fā)器使用。太陽(yáng)能熱泵的技術(shù)原理并聯(lián)式太陽(yáng)能熱泵系統(tǒng)并聯(lián)式太陽(yáng)能熱泵系統(tǒng)該系統(tǒng)由傳統(tǒng)的太陽(yáng)能集熱器與熱泵共同組成，各自相互獨(dú)立，互為補(bǔ)充。當(dāng)太陽(yáng)輻射足夠時(shí)，只運(yùn)行太陽(yáng)能系統(tǒng)，否則，運(yùn)行熱泵系統(tǒng)或兩個(gè)系統(tǒng)同時(shí)運(yùn)行。太陽(yáng)能熱泵的技術(shù)原理混合連接式太陽(yáng)能熱泵系統(tǒng)混合連接太陽(yáng)能熱泵系統(tǒng)混合連接太陽(yáng)能系統(tǒng)又叫雙熱源系統(tǒng)。設(shè)有兩個(gè)蒸發(fā)器，一個(gè)以大氣為熱源，一個(gè)已被太陽(yáng)能加熱的工質(zhì)為熱源。

工作模式有3種：1、太陽(yáng)輻射強(qiáng)度足夠，不開(kāi)啟熱泵，直接利用太陽(yáng)能即可；2、太陽(yáng)輻射強(qiáng)度很小，水箱中水溫過(guò)低時(shí)，熱泵開(kāi)啟，時(shí)期以空氣為熱源工作；3、當(dāng)外界條件介于兩者之間時(shí)，熱泵以水箱中被太陽(yáng)能加熱了的工質(zhì)為熱源進(jìn)行工作直彭式非直彭式直彭式系統(tǒng)：在直彭式系統(tǒng)中，是一種基于逆卡諾循環(huán)的系統(tǒng)，將太陽(yáng)能集熱器與熱泵蒸發(fā)器結(jié)合成一體，太陽(yáng)能熱泵的種類特點(diǎn)非直彭式系統(tǒng)：在非直彭式系統(tǒng)中，太陽(yáng)能集熱器與熱泵蒸發(fā)器分立，通過(guò)集熱介質(zhì)在集熱器中吸收太陽(yáng)能，并在蒸發(fā)器中將熱量傳遞給制冷劑，或者是直接通過(guò)換熱器將熱量傳遞給需要預(yù)熱的水或空氣。太陽(yáng)能熱泵的種類特點(diǎn)太陽(yáng)能熱泵的種類特點(diǎn)太陽(yáng)能熱泵的種類特點(diǎn)太陽(yáng)能熱泵的種類特點(diǎn)太陽(yáng)能熱泵的種類特點(diǎn)太陽(yáng)能熱泵的種類特點(diǎn)太陽(yáng)能熱泵的種類特點(diǎn)太陽(yáng)能熱泵的研究狀況國(guó)內(nèi)研究狀況

國(guó)內(nèi)關(guān)于太陽(yáng)能熱泵發(fā)面的研究起步較晚，但是在短短的十幾年時(shí)間內(nèi)上海交通大學(xué)，天津大學(xué)，青島理工大學(xué)，上海交通大學(xué)等在此方面的研究取得了豐收的成果。

天津大學(xué)的趙軍，馬一太等對(duì)串聯(lián)式太陽(yáng)能熱泵供熱水系統(tǒng)分別進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究和理論分析，結(jié)果表明，其所建立的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)一年四季均能可靠運(yùn)行，能夠穩(wěn)定的向用戶提供50℃生活熱水，COP達(dá)到2.64～2.85(冬天)，2.61～3.5(夏天)

青島建筑工程學(xué)院實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)了單層蓋板的平板集熱器并進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究，在整個(gè)供暖測(cè)試期間，盡管室外溫度在-10℃到4℃之間變化，室內(nèi)溫度仍能夠保持在16℃-22℃之間，平均為19.32℃.經(jīng)過(guò)計(jì)算得到，平均集熱效率高達(dá)67.2%。

上海交通大學(xué)建立了直膨式太陽(yáng)能熱泵供熱水系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)臺(tái)，結(jié)果表明該系統(tǒng)在各種天氣情況下均能可靠地生產(chǎn)50℃的生活熱水(熱水平均溫升達(dá)30℃以上，日均耗電量為1.68kWh，平均COP達(dá)到3.1)，說(shuō)明其熱性能較為穩(wěn)定，且具有明顯的節(jié)能效果[6].同時(shí)做出了直膨式太陽(yáng)能熱泵熱水器實(shí)驗(yàn)樣機(jī)，在室內(nèi)模擬光源0～1000W/m2下，可得出熱水平均加熱功率為1.04kW，熱泵平均COP為4.18。太陽(yáng)能熱泵的研究狀況國(guó)內(nèi)研究狀況

2006年上海交通大學(xué)李郁武等人針對(duì)自行設(shè)計(jì)、建造的“直膨式太陽(yáng)能熱泵熱水器”實(shí)驗(yàn)樣機(jī)進(jìn)行了春季運(yùn)行工況的實(shí)驗(yàn)研究,結(jié)果表明,在環(huán)境溫度均值20.6℃、太陽(yáng)輻射強(qiáng)度均值在954.59W/m2的室外氣象條件下,將150L水從13.4℃加熱到50.5℃只需94min，熱泵供熱性能系數(shù)達(dá)到6.61。

哈爾濱工業(yè)大學(xué)的余延順等，針對(duì)太陽(yáng)能熱泵系統(tǒng)的各種不同運(yùn)行工況進(jìn)行了分析研究，得出動(dòng)態(tài)運(yùn)行工況下總集熱量和集熱效率較靜態(tài)運(yùn)行工況分別提高23.1%和22.7%的結(jié)論。

上海水產(chǎn)大學(xué)自行設(shè)計(jì)、建立了直接膨脹式太陽(yáng)能熱泵系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)裝置。并進(jìn)行了春季運(yùn)行工況下的實(shí)驗(yàn)研究。結(jié)果表明，在空氣溫度為22℃～24℃，太陽(yáng)能輻照度為700～1000W/m2的室外環(huán)境下，該系統(tǒng)的熱泵性能系數(shù)COP達(dá)到了2.50～3.35。根據(jù)典型實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，討論了太陽(yáng)能輻照度、環(huán)境溫度、冷凝溫度等各參數(shù)對(duì)系統(tǒng)的熱泵性能系數(shù)和集熱效率的影響?！?1】并利用平衡均相理論建立了太陽(yáng)能集熱器的數(shù)學(xué)模型。根據(jù)測(cè)定的環(huán)境參數(shù)對(duì)該系統(tǒng)進(jìn)行了模擬計(jì)算。結(jié)果顯示，裸板式太陽(yáng)能集熱器所在系統(tǒng)的COP可達(dá)5.0～5.8；認(rèn)為若要改善此直膨式太陽(yáng)能熱泵系統(tǒng)的COP，可采用加裝透明蓋板和背面設(shè)保溫結(jié)構(gòu)的太陽(yáng)能集熱器及太陽(yáng)能集熱器多組并聯(lián)的型式。太陽(yáng)能熱泵的研究狀況國(guó)外研究狀況太陽(yáng)能熱泵的研究狀況國(guó)外研究狀況太陽(yáng)能熱泵的研究狀況國(guó)外研究狀況太陽(yáng)能熱泵的應(yīng)用前景太陽(yáng)能熱泵供暖系統(tǒng)01太陽(yáng)能與熱泵聯(lián)合干燥02

太陽(yáng)能熱泵

中央熱水系統(tǒng)03太陽(yáng)能一空氣源熱泵系統(tǒng)04太陽(yáng)能熱泵的主要應(yīng)用太陽(yáng)能熱泵的應(yīng)用前景太陽(yáng)能熱泵的發(fā)展問(wèn)題(1)性能可行性：各種類型的太陽(yáng)能熱泵性能都有待提高，要合理確定個(gè)部件之間的匹配關(guān)系以達(dá)到投資運(yùn)行最佳效益；要將系統(tǒng)設(shè)計(jì)與建筑設(shè)計(jì)結(jié)合起來(lái)，既要考慮系統(tǒng)性能又要考慮建筑美觀；要實(shí)行智能化控制，這需要各個(gè)專業(yè)的人相互配合。實(shí)現(xiàn)各種能量的優(yōu)化配置，確定太陽(yáng)能集熱器面積、蓄熱水箱容積、建筑面積之間的最佳匹配關(guān)系，才能使太陽(yáng)能熱泵供暖、供冷技術(shù)具有更強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)力，產(chǎn)生更大的社會(huì)效益。(2)投資經(jīng)濟(jì)性：能源結(jié)構(gòu)和燃料價(jià)格直接影響太陽(yáng)能熱泵的經(jīng)濟(jì)性，例如，我國(guó)西部地區(qū)以煤炭為主的能源結(jié)構(gòu)以及較低的燃料價(jià)格必將影響太陽(yáng)能熱泵的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。同時(shí)，太陽(yáng)能熱泵系統(tǒng)初投資偏高也是影響其經(jīng)濟(jì)性的重要因素之一。

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