劉永成

（盤錦市產(chǎn)業(yè)技術創(chuàng)新和研發(fā)基地建設工程中心，遼寧 盤錦 124010）

1 關于太陽輻照能

太陽輻射的能流密度低，在不同的季節(jié)變化也很大。在山東、山西南部、吉林、遼寧、陜西北部、甘肅東南部等地。全年日照時數(shù)為2200 ～3000h，輻射量在502 ～586×104kJ/cm2·a，其熱值相當于每年每平方米170 ～200kg 標準煤燃燒所發(fā)出的熱量（表1）。

太陽能是一種輻射能，具有時效性，須要即時轉(zhuǎn)換成其它形式能量，才能利用和貯存。為了獲得足夠的能量，或者為了提高溫度，利用太陽能時須要采用技術和裝置（集熱系統(tǒng)），對太陽能進行采集。集熱器按是否聚光，可以劃分為聚光集熱器和非聚光集熱器兩大類。聚光類聚光集熱器能將陽光會聚在面積較小的吸熱面上，可獲得較高溫度，但只能利用直射輻射，且需要跟蹤太陽。非聚光集熱器有平板集熱器、真空管集熱器、陽光溫室等。非聚光集熱器能夠利用太陽輻射中的直射輻射和散射輻射，集熱溫度較低。

將太陽能轉(zhuǎn)換成不同形式的能量需要不同的能量轉(zhuǎn)換器，集熱器通過吸收面可以將太陽能轉(zhuǎn)換成熱能。一般來講，太陽能可以直接或間接轉(zhuǎn)換成任何形式的能量，但轉(zhuǎn)換次數(shù)越多，最終太陽能轉(zhuǎn)換的效率也會越低。黑色吸收面吸收太陽輻射，可以將太陽能轉(zhuǎn)換成熱能，其吸收性能好，但輻射熱損失大，所以黑色吸收面不是理想的太陽能吸收面。選擇性吸收面具有很高的太陽吸收比和低的發(fā)射比，吸收太陽輻射的性能好，且輻射熱損失小，是比較理想的太陽能吸收面。我國自20 世紀70 年代開始研制選擇性涂層，取得了許多成果，并在太陽集熱器上廣泛使用，效果十分顯著。節(jié)能型日光溫室是一種高性價比太陽能集熱器，其透光率一般在60%～80%以上，室內(nèi)外氣溫差可保持在21 ～25℃以上。

由于各地采暖期的時間跨度不同，表2 采暖期統(tǒng)一為11月到次年3 月，計150 天。

表1 國內(nèi)部分地區(qū)采暖季太陽輻射能

表2 國內(nèi)部分地區(qū)采暖期日均輻射能（表2） 單位： MJ·m2

2 關于空氣能熱泵

空氣能熱泵是利用卡諾循環(huán)的原理，集熱蒸發(fā)器中的制冷劑工質(zhì)直接吸收太陽能輻射能（空氣中的熱能）低溫蒸發(fā)，經(jīng)壓縮機壓縮排出高溫高壓的制冷劑蒸汽進入高溫冷凝器冷凝放熱，冷凝液在高低壓差的作用下通過熱力膨脹閥降壓降溫進入蒸發(fā)器中吸熱蒸發(fā)，形成一個熱泵工作循環(huán)。實現(xiàn)了花少量的電能，將大量的熱能從低溫熱源向高溫熱源的輸送，輸送的熱量與所消耗的電能之比稱為熱泵的能效比（COP）。通常，空氣能熱泵的能效比（COP）受環(huán)境溫度影響比較大，溫度低COP 數(shù)值小，溫度高COP 數(shù)值大，COP 數(shù)隨著溫度的升高而增大，能效比值可以高達6 ～10。表3 是某種型號空氣能熱泵在不同環(huán)境溫度工況的COP 變化曲線。

表3 空氣能熱泵不同工況的COP

從表3 可以看出，空氣能熱泵在低溫環(huán)境下的COP 值很低，和阻性電加熱器相比，沒有明顯的節(jié)能優(yōu)勢。有些機型在低溫環(huán)境下甚至無法啟動，這也是空氣能熱泵在北方推廣應用的困難所在。

表4 國內(nèi)部分地區(qū)采暖季月平均溫度

表4 是國內(nèi)部分地區(qū)采暖季平均溫度。為了方便對比表1、表2，數(shù)據(jù)采集取自每年的1、2、3、11、12 這5個月。

在表4 中我們可以看到，北方地區(qū)采暖期的低溫天氣工況下使用空氣能熱泵其能效比應該很低。

圖1 不通環(huán)境溫度下制熱量變化曲線

3 關于太陽能熱泵

太陽能熱泵是太陽能集熱器（陽光溫室）和空氣能熱泵的結(jié)合，陽光溫室采集太陽能，將溫室空氣加熱升溫，為空氣能熱泵高效工作創(chuàng)造了良好的工作環(huán)境。圖1 是空氣能熱泵在不同溫度環(huán)境下的制熱量。

在太陽能熱泵工況下，制冷劑蒸發(fā)溫度較環(huán)境溫度高5 ～15℃，而空氣能熱泵蒸發(fā)溫度較環(huán)境溫度低10 ～15℃，所以太陽能熱泵COP 值是空氣源熱泵系統(tǒng)COP 值2 倍以上。

如果按照1 平方米熱負荷以100W 計算，每天按照18 個小時采暖計計算，每平方米大約需要0.1kW×18t×3.6MJ=6.48MJ。對比表2，可以大致推算出陽光溫室的采光面積。

太陽能熱泵是現(xiàn)有的高效節(jié)能的技術。

高效——COP 值是空氣源熱泵的2 倍；

節(jié)能——太陽能光熱轉(zhuǎn)換效率是太陽能集熱器的兩倍，比一般的空氣能熱泵節(jié)能50%；

綠色——利用太陽能和空氣能綠色能源；

環(huán)?！獩]有任何的污染和排放。

表1 數(shù)據(jù)采自百度文庫《各地太陽能輻照強度明細》，國內(nèi)部分地區(qū)采暖季太陽輻射能。

表4 數(shù)據(jù)采自天氣網(wǎng)國內(nèi)部分地區(qū)采暖季月平均溫度。