太阳能―水源热泵技术研究
2016-06-14 08:07 [新能源论文] 来源于：未知 作者：韩语
导读：摘 要：文章主要介绍了几种太阳能水源热泵系统，并对太阳能水源热泵技术进行了一定的综述，发现太阳能-水源热泵系统是一种新型的综合水源热泵系统和太阳能系统的能源热泵系统，有较高的制热制冷系数，有很好的节能效果。 关键词：太阳能；水源热泵；COP 中图
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摘 要：文章主要介绍了几种太阳能水源热泵系统，并对太阳能水源热泵技术进行了一定的综述，发现太阳能-水源热泵系统是一种新型的综合水源热泵系统和太阳能系统的能源热泵系统，有较高的制热制冷系数，有很好的节能效果。
关键词：太阳能；水源热泵；COP
中图分类号：TU833 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2015）26-0017-02
1 背景概述
太阳能是一种可再生的清洁能源，但由于太阳能的不稳定性和低密度等特点，使它的使用范围受到了一定的限制。热泵是一种把低位热源的热能转移到高位热源的装置。因此，太阳能与热泵系统的综合利用，不仅可以提高太阳能的能量利用效率，还可以缓解能源日益减少的压力，保护环境，因此具有广阔的发展前景。
实际工程案例表明水源热泵与太阳能的综合利用前景最为广阔。原因主要有以下两点：
①水源热泵中的水源可以作为太阳能的储热装置，当太阳能不足时，可以用蓄存的热量供热。因此，可以减小太阳能集热器的尺寸；
②由于太阳能的作用，可以将水源热泵的最不利设计温度适当的增加，从而降低设备的设计容积和减少运营成本。因此，水源热泵和太阳能热泵的联合运行可以达到稳定制热的目的。
2 太阳能-水源热泵复合系统
太阳能与水源热泵的复合系统大体上分为以下4类：太阳能-地表水源热泵系统、太阳能-地下水源热泵系统、太阳能-海水源热泵系统及太阳能高温水源热泵系统。
2.1太阳能-地表水源热泵系统
在这方面除了传统的组合方式外，冯毅提出了把太阳能吸收式制冷与地表水源热泵结合起来的地表水源环保型太阳能吸收式空调系统，即把太阳能系统的吸收器和冷凝器放置在河水里；太阳能系统的集热器放置在河流上；充分利用河水对流进行传热交换，使冷凝管中的制冷剂与河水发生对流传热其原理，如图1所示。
该系统以溴化锂-水为工质对，此系统具有以下优点：
①吸收器和冷凝器，浸泡在河水中，利用河水的自然流动发生对流传热，增加了换热效率，提高了系统的K值；
②河岸边放置太阳能系统的集热器，河流里放置主机设备；
③该系统由蒸发器制取冷量，所产生的冷量经管道送到空调区；
④该系统和冷却水塔式太阳能吸收式空调系统相比，不仅性能更加优越，而且由于没有建造冷却水塔，从而节约了水资源，降低了初投资。
⑤和电压缩式空调系统相比，该系统在节约运行费用的同时也节省了引发热岛效应的附加能耗，相应的减少了CO2的排放量。
2.2 太阳能-地下水源热泵系统
此系统主要是指把太阳能与地下水的水源热泵系统复合而成的多热源热泵系统。王健强对传统的双井抽管型地下水源热泵与太阳能相组合的形式进行了研究。其交替运行原理图，如图2所示。
该系统在运行过程中利用太阳能与地下水为综合热源，对这两种热源的优点加以利用同时大大消弱了传统的只有一种热源的热泵系统的缺点。组合方式一般有两种：
一种是串联模式：当阳光充足时，地下水经过集热器加热，流入蒸发器，再流入回灌井。当阳光不足时，地下水直接流入蒸发器，而不经过集热器。
另一种是交替模式：当阳光充足时，利用太阳能加热储热水箱中的水。阳光不足时，地下水直接流入蒸发器。太阳能-地下水源热泵系统可冬夏两用，在非供暖季节，可直接利用太阳能系统制取生活热水。不但可以减小传统太阳能热泵系统集热器面积和储热水箱体积，而且在供热量相同的情况下，也可减少地下水的抽取量，节约能源。
2.3 太阳能-海水源热泵系统
此统主要是指把太阳能利用和海水的水源热泵系统综合利用而成的多热源热泵系统。以海水为冷热源的热泵系统在国外已有近20多年的实际工程经验，但是现阶段我国对于此类系统应用仍处于工程示范阶段。一些相关研究和运行实验的测试结果显示，海水源热泵具有诸多优势，但是安装场地受到实际条件的限制。但是由于用户端的冷热负荷不断波动，如果按照最不利工况计算海水源热泵的设备容积，将会使换热器面积过大，所以考虑用增加辅助热源。
该系统的运行方式有2种，一是同时供暖，二是交替供暖。此系统在运行过程中综合利用了太阳能与海水能的优点，同时大大消弱了传统供热系统中只有一种热源的热泵系统的缺点。与单一热源的热泵系统相比，该系统的设备容积减少，提高了制热制冷系数，以最大限度实现了节能的目的。夏季海水源制冷装置的制冷效率可比现有的空气源制冷装置提高近1倍。冬季供暖能源效率约为锅炉供暖方式的3倍，同时由于COP值的提高使得该系统对CO2的减排起到一定的效果。
2.4 太阳能高温水源热泵系统
此系统主要是指同时利用太阳能和高温热水作为综合热源热泵系统。
王晋声介绍了与太阳能-高温水源热泵组合的一个工程实际案例。利用通过太阳能加热水源热泵的一次水进水，从而提高水源热泵的出水温度。其实际出水温度可达90 ℃可以局部代替热水锅炉。其太阳能系统简图和高温水源热泵系统简图，分别如图3和图4所示。
高温水源热泵的原理是逆卡诺循环。主要的困难在于现阶段对于水源热泵的组件上，仍然存在很大的问题。特别是在较高的温度下，制冷剂和压缩机和热交换的工作条件和传统相比更恶劣。额外的太阳能集热系统使得内部再也找不到合适热源的地区也可以应用于水源热泵空调系统。太阳能集热器运行系统的连续性和稳定性的问题可以通过使用适当的保温水箱解决。
3 太阳能热泵技术新进展
在2012年，曲世琳等人通过对储热水箱的研究分析，提出储热水箱会对太阳能-水源热泵系统性能特性会产生影响，并提出了太阳能水源热泵系统中针对于复合地板辐射采暖系统的实时动态数学模型，并通过具体的某地某一天的实验测试数据进行了对比分析，提出了优化以阳能-水源作为综合热源的复合地板辐射采暖系统设计的方法。通过对数学模型的分析，也为研究太阳能-水源热泵系统提供了很好的方法。 在2015年，张增等人设计了一种针对银川地区气候条件的太阳能水源热泵系统，并对这个系统进行试验研究，分析蒸发端水温会对热泵系统的吸热量、压缩机吸排气压力、制热量以及压缩机制冷制热系数产生影响。他们的研究结果为太阳能水源热泵的研究提供了具体实在的例子。
4 结 语
综上研究，可以得出太阳能-水源热泵的运行不仅可以提高热泵系统的制冷制热系数，而且太阳能-水源热泵系统作为一种同时综合太阳能系统和水源热泵系统优点的新型节能系统，其灵活多样的组合方式，拓宽了水源热泵系统的应用范围。
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