尉楨楨 許本亮

摘 要：文章主要介紹了幾種太陽能水源熱泵系統，并對太陽能水源熱泵技術進行了一定的綜述，發(fā)現太陽能-水源熱泵系統是一種新型的綜合水源熱泵系統和太陽能系統的能源熱泵系統，有較高的制熱制冷系數，有很好的節(jié)能效果。

關鍵詞：太陽能；水源熱泵；COP

中圖分類號：TU833 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2015）26-0017-02

1 背景概述

太陽能是一種可再生的清潔能源，但由于太陽能的不穩(wěn)定性和低密度等特點，使它的使用范圍受到了一定的限制。熱泵是一種把低位熱源的熱能轉移到高位熱源的裝置。因此，太陽能與熱泵系統的綜合利用，不僅可以提高太陽能的能量利用效率，還可以緩解能源日益減少的壓力，保護環(huán)境，因此具有廣闊的發(fā)展前景。

實際工程案例表明水源熱泵與太陽能的綜合利用前景最為廣闊。原因主要有以下兩點：

①水源熱泵中的水源可以作為太陽能的儲熱裝置，當太陽能不足時，可以用蓄存的熱量供熱。因此，可以減小太陽能集熱器的尺寸；

②由于太陽能的作用，可以將水源熱泵的最不利設計溫度適當的增加，從而降低設備的設計容積和減少運營成本。因此，水源熱泵和太陽能熱泵的聯合運行可以達到穩(wěn)定制熱的目的。

2 太陽能-水源熱泵復合系統

太陽能與水源熱泵的復合系統大體上分為以下4類：太陽能-地表水源熱泵系統、太陽能-地下水源熱泵系統、太陽能-海水源熱泵系統及太陽能高溫水源熱泵系統。

2.1太陽能-地表水源熱泵系統

在這方面除了傳統的組合方式外，馮毅提出了把太陽能吸收式制冷與地表水源熱泵結合起來的地表水源環(huán)保型太陽能吸收式空調系統，即把太陽能系統的吸收器和冷凝器放置在河水里；太陽能系統的集熱器放置在河流上；充分利用河水對流進行傳熱交換，使冷凝管中的制冷劑與河水發(fā)生對流傳熱其原理，如圖1所示。

該系統以溴化鋰-水為工質對，此系統具有以下優(yōu)點：

①吸收器和冷凝器，浸泡在河水中，利用河水的自然流動發(fā)生對流傳熱，增加了換熱效率，提高了系統的K值；

②河岸邊放置太陽能系統的集熱器，河流里放置主機設備；

③該系統由蒸發(fā)器制取冷量，所產生的冷量經管道送到空調區(qū)；

④該系統和冷卻水塔式太陽能吸收式空調系統相比，不僅性能更加優(yōu)越，而且由于沒有建造冷卻水塔，從而節(jié)約了水資源，降低了初投資。

⑤和電壓縮式空調系統相比，該系統在節(jié)約運行費用的同時也節(jié)省了引發(fā)熱島效應的附加能耗，相應的減少了CO2的排放量。

2.2 太陽能-地下水源熱泵系統

此系統主要是指把太陽能與地下水的水源熱泵系統復合而成的多熱源熱泵系統。王健強對傳統的雙井抽管型地下水源熱泵與太陽能相組合的形式進行了研究。其交替運行原理圖，如圖2所示。

該系統在運行過程中利用太陽能與地下水為綜合熱源，對這兩種熱源的優(yōu)點加以利用同時大大消弱了傳統的只有一種熱源的熱泵系統的缺點。組合方式一般有兩種：

一種是串聯模式：當陽光充足時，地下水經過集熱器加熱，流入蒸發(fā)器，再流入回灌井。當陽光不足時，地下水直接流入蒸發(fā)器，而不經過集熱器。

另一種是交替模式：當陽光充足時，利用太陽能加熱儲熱水箱中的水。陽光不足時，地下水直接流入蒸發(fā)器。太陽能-地下水源熱泵系統可冬夏兩用，在非供暖季節(jié)，可直接利用太陽能系統制取生活熱水。不但可以減小傳統太陽能熱泵系統集熱器面積和儲熱水箱體積，而且在供熱量相同的情況下，也可減少地下水的抽取量，節(jié)約能源。

2.3 太陽能-海水源熱泵系統

此統主要是指把太陽能利用和海水的水源熱泵系統綜合利用而成的多熱源熱泵系統。以海水為冷熱源的熱泵系統在國外已有近20多年的實際工程經驗，但是現階段我國對于此類系統應用仍處于工程示范階段。一些相關研究和運行實驗的測試結果顯示，海水源熱泵具有諸多優(yōu)勢，但是安裝場地受到實際條件的限制。但是由于用戶端的冷熱負荷不斷波動，如果按照最不利工況計算海水源熱泵的設備容積，將會使換熱器面積過大，所以考慮用增加輔助熱源。

該系統的運行方式有2種，一是同時供暖，二是交替供暖。此系統在運行過程中綜合利用了太陽能與海水能的優(yōu)點，同時大大消弱了傳統供熱系統中只有一種熱源的熱泵系統的缺點。與單一熱源的熱泵系統相比，該系統的設備容積減少，提高了制熱制冷系數，以最大限度實現了節(jié)能的目的。夏季海水源制冷裝置的制冷效率可比現有的空氣源制冷裝置提高近1倍。冬季供暖能源效率約為鍋爐供暖方式的3倍，同時由于COP值的提高使得該系統對CO2的減排起到一定的效果。

2.4 太陽能高溫水源熱泵系統

此系統主要是指同時利用太陽能和高溫熱水作為綜合熱源熱泵系統。

王晉聲介紹了與太陽能-高溫水源熱泵組合的一個工程實際案例。利用通過太陽能加熱水源熱泵的一次水進水，從而提高水源熱泵的出水溫度。其實際出水溫度可達90 ℃可以局部代替熱水鍋爐。其太陽能系統簡圖和高溫水源熱泵系統簡圖，分別如圖3和圖4所示。

高溫水源熱泵的原理是逆卡諾循環(huán)。主要的困難在于現階段對于水源熱泵的組件上，仍然存在很大的問題。特別是在較高的溫度下，制冷劑和壓縮機和熱交換的工作條件和傳統相比更惡劣。額外的太陽能集熱系統使得內部再也找不到合適熱源的地區(qū)也可以應用于水源熱泵空調系統。太陽能集熱器運行系統的連續(xù)性和穩(wěn)定性的問題可以通過使用適當的保溫水箱解決。

3 太陽能熱泵技術新進展

在2012年，曲世琳等人通過對儲熱水箱的研究分析，提出儲熱水箱會對太陽能-水源熱泵系統性能特性會產生影響，并提出了太陽能水源熱泵系統中針對于復合地板輻射采暖系統的實時動態(tài)數學模型，并通過具體的某地某一天的實驗測試數據進行了對比分析，提出了優(yōu)化以陽能-水源作為綜合熱源的復合地板輻射采暖系統設計的方法。通過對數學模型的分析，也為研究太陽能-水源熱泵系統提供了很好的方法。

在2015年，張增等人設計了一種針對銀川地區(qū)氣候條件的太陽能水源熱泵系統，并對這個系統進行試驗研究，分析蒸發(fā)端水溫會對熱泵系統的吸熱量、壓縮機吸排氣壓力、制熱量以及壓縮機制冷制熱系數產生影響。他們的研究結果為太陽能水源熱泵的研究提供了具體實在的例子。

4 結 語

綜上研究，可以得出太陽能-水源熱泵的運行不僅可以提高熱泵系統的制冷制熱系數，而且太陽能-水源熱泵系統作為一種同時綜合太陽能系統和水源熱泵系統優(yōu)點的新型節(jié)能系統，其靈活多樣的組合方式，拓寬了水源熱泵系統的應用范圍。

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