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空气能热泵和太阳能有机融合应用分析

点击数:17852013-05-16 10:44:19 来源: 富人屋平台有限公司

    20世纪60年代,国外科学家就开始了太阳能热泵的应用实验:将太阳能集热板直接或间接的作为热泵系统的蒸发器,用以提高热泵系统的效率,这些研究为热泵装置拓展了新的热源,开阔了新的视野。但是尽管经过近60年的实验研究,太阳能热泵的应用依然很少,无论小型的直接膨胀式太阳能热泵或者是大型的间接膨胀式机组,都没有在现实中得到广泛应用。
从理论上讲,太阳能热泵有着普通风源热泵系统无法比拟的优势:阳光充沛时,它能够获得比风源热泵系统高得多的蒸发温度,从而获得更高的能效比;即使在夜间或者阴雨天,它同样可以从空气、雨水中捕获足够的热能,而且在寒冷季节,太阳能集热板可以容纳比风源热泵的蒸发器翅片多数十倍的霜层,变化的气候在多数时间会由大自然自行进行除霜,在系统进行除霜作业时,它的除霜效率也远高于风源热泵系统:倾斜放置的太阳能集热板,无须像风源热泵系统那样必须消耗热量去融化霜层,并将其烘干挥发,再重新运行热泵制热,而是将霜层以固态方式移离集热板;霜的潜热无须机组付出,所以效率更高。
配合热能存储系统和带有时间控制的自动控制系统,可以控制机组在系统效率更高的时段和气象环境下工作,从而使太阳能热泵系统的效率和环境适应性远优越于常用的风源热泵热水装置。这样看来,太阳能热泵的节能效果是十分突出的,但这只是理论上的结论。
    太阳能热泵在现实中的境况却远非如此:随着全球范围内的能源紧张和节能减排的需要,风源、地下水源、土源等系列热泵产品日益得到更加广泛的应用,不但在环境温度较高的南方,即使在冬季寒冷的北方,人们也努力克服环境的制约,使热泵系列产品为社会提供更多和更好的服务,反观理论上效率最高、应用最合理的太阳能热泵,却停步不前。
集热板的面积难以匹配,是太阳能热泵的一大难点:较大的集热面积,会提高系统的制热效率,但是在阳光充沛的时候,却容易造成回气压力和温度过高,使得机组无法稳定工作。如果集热面积过小,又会使机组在夜间和阴雨天气下效率大幅度降低。实际上不可能存在一种合理的面积配比,使它能够满足不同季节的要求。
    在太阳能热泵的实践中,往往会出现蒸以器温度远高于冷凝器温度的情况,在以太阳能或废热为热源的热泵装置中,就经常出现这样的工况:按照传热的原理,高温物体的热量传递至低温应该是可以自动进行的,但是按太阳能热泵循环的方式却只能够开动压缩机,驱动工质不断重复以完成循环,这不但浪费了宝贵的能源,还使得压缩机的吸汽温度过高,使装置的故障机会增加,以上两点是太阳能热泵不能得以广泛应用的主要原因。
    在对太阳能热泵的理论和应用进行客观分析后,热泵科学工作者提出了新的循环模式,即太阳能动力热管循环模式:将装置的制热过程分为两个工况,即有太阳能时的太阳能工况和没有太阳能时的热泵工况。在太阳能工况时,系统的压缩机不工作,集热板收集的太阳热量通过系统的管路,以热管的方式自动传递到冷凝器;而在没有太阳时,热泵系统将太阳能集热板作为蒸发器,从风、雨中获得能量。
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