太阳能与空气源热泵耦合供热技术应用研究

太阳能与空气源热泵耦合供热技术应用研究

张永庆

太阳雨集团有限公司

摘要：清洁加热是国家控制空气污染努力的一个重要组成部分，有助于实现充分的热量清理，使世界各地的废气排放朝着低能耗和低排放的方向发展。当前北方农村地区的供暖主要集中在大型燃煤电厂的污染上，造成了大规模的室外空气污染，通过促进清洁热处理，对降低能源成本产生了积极影响。近年来，热水泵系统作为可再生能源，一直是建筑能源部门全年可用的重要热源。将这两个系统与热连接起来，可以提高能源使用效率，弥补不足。因此，使用太阳能耦合热水泵系统作为优化耦合系统的研发引擎是很重要的。

关键词：太阳能 ；空气源热泵 ；集成供热系统

引言

近年来，煤炭对我国经济发展的依赖没有发生根本性变化，它继续占据着基础能源的地位。我国北部的污染持续时间长，污染程度高，冬季优先关注供热阶段，这使得使用清洁能源而不是传统煤炭对于改善大气环境质量至关重要。太阳能作为纯能源变得越来越重要，充分利用能量来满足建筑的巨大能源消耗。它具有社会和经济效益[3]。空气中热量是一种易于管理的低成本能源，不会造成污染，同时也存在着环境友好性问题。热水泵技术是利用空气能量的成熟和广泛的方法。但是，在低温下，热水泵系统的能效很低。太阳断断续续，能量密度低，分布不均。将这两个系统有效地连接到一个新的供热系统将大大提高效率。

１系统原理

太阳能和空气调节泵的通用加热系统主要由太阳能加热系统、加热水箱系统、空气调节系统和加热器组成。太阳能热系统由太阳能收集器、循环水泵等组成。，捕捉阳光并将其转换为热量。加热系统中的加热水箱是一种储存过剩太阳能的装置，可以有效地解决建筑中太阳辐射与加热需求之间的矛盾，前提是建筑的加热荷载不同步。送风加热系统由热水泵(ASHP)组成，热水泵用作太阳加热不足的辅助加热系统。当加热水箱中的热量以热太阳能能量的形式传递给用户时，热端会变暖。该系统能够以一种方式最大限度地利用太阳能，减少使用节能辅助电源。

2太阳能耦合空气源热泵供能系统组合形式

2.1直接膨胀式耦合供能系统

直扩耦合供给系统的原理是用太阳能电池加热器取代节能阻尼器。高温条件压铸来自压缩机，从冷凝器中输出热量，吸收太阳能热蒸发器中的热量，并将热量从室外输送到室内。此系统形状不稳定，因为光能传递受太阳影响更大。1955年有了太阳能热泵的概念，此后许多科学家对有关系统进行了进一步的研究。进行了相应的实验，讨论了热性能参数和影响，并提出了相应的改进建议。

2.2连接的系统

串联系统是由加热水箱提供加热泵循环的一组终端设备，但每个循环不会相互妨碍。太阳能集热系统吸收的热量被传递到热泵系统的换热器中，热泵系统中的热波被圆形地和电容器引导到最终组装装置中。串联系统相对较小，原因是太阳能量波动，导致热水温度过低，热泵效率低下。运行太阳系的不稳定性可能导致热量传递低，并降低热泵系统的能效。链接系统中的警察高于单个系统中的警察，但没有太阳光需要额外的电磁热源。

2.3并联太阳热泵

热泵系统与空气热水泵在并联太阳能系统中相互连接，可以独立运行。该系统主要依靠太阳能驱动的散热器吸收太阳能，加热循环水，确保加热水箱的热水供应。太阳光线弱时，散热器的单运转不能满足要求，打开加热器泵进行通风。该系统采用太阳能集热器在晴朗的天气里加热加热，缩短热水泵的运行时间，从而尽可能节约能源。

2.4混合太阳能空气热水泵耦合供给系统

与连锁系统和平行系统类似，混合系统配备水雾或空气雾化器，其中太阳能装置作为热源聚集在水源一侧，以加热空间。两种蒸发器是可以单独或一起运行的同时并网，加上太阳能的帮助，大大提高了系统的能效。行为主要取决于日光强度和室外环境空气温度。

3新型太阳能—空气双热源耦合系统

在我国北部的村庄，传统的热泵存在导致系统崩溃、冷却液流动中断、水温不均匀、从而可能影响整个系统的问题。膨胀系统的优点在于热效率和系统性能较高，但受到太阳辐射强度的严重影响，具有不稳定性。不可持续扩展的优点在于系统提供了较好的经济稳定的系统环境，但受天气条件的严重影响，单个控制不起作用，需要提高低温环境下热泵系统的热性能和精度要求。太阳能热水泵更适合城市地区，初期投资较高，但不适用于独立北方村庄的供暖建筑。因此，对于北方各个住宅的暖气和热水泵的大部分问题，它是调节热水泵结构以适应北方村庄建筑的热媒。太阳能和热水泵的热加热系统使用双源蒸发器为核心部件共同提供热量。该系统将不符合太阳热要求的热水或水循环介质重定向到送风热泵，从而通过提高传热温度来促进流量系统的运行。该系统可以在三种模式下旋转，其中热水泵分别用于加热，太阳能电池单元选项分别用于加热，太阳能和风扇分别用于空气加热。双源蒸发器可通过三种不同介质进行换热，从而使冷却器同时与室内通道表面的阳光和空气交换。热泵可以同时或单独与空气和液体热源交换，以实现t级的能源使用。

4太阳能与空气源热泵集成系统现状与展望

总体而言，将太阳能、空气流通和热水泵纳入热水系统是清洁能源的另一个驱动力，这对环境保护和资源节约至关重要，但有些综合技术还不能进一步完善。根据太阳能送风空调热系统的现状，有几分钟时间:1)目前的太阳能送风热泵集成系统主要针对特定的操作环境而设计。当外界变化太大时，现有的综合系统无法保证稳定高效的运行。因此，需要进一步优化综合系统，以确保其在各种环境条件下以及更广泛的环境条件下稳定高效地运行。2)集成系统目前主要切换到室外太阳辐射强度和环境温度。但是，没有明确的转换限制，因此很难对系统运行进行最佳控制。因此，有必要进一步确定系统与外界之间过渡的门槛，并建立最佳控制机制，以确保综合系统的动态运作更加高效可靠。3)作为采用综合系统基础的成本效益要求进一步提高综合系统的经济性和运行性能，从而通过优化综合系统的配置，提高太阳能和空气加热设备与热泵集成的效率和经济性。

结束语

(1)太阳能热泵系统解决了各个散热器的不稳定性。(2)太阳能热水泵系统的COP大大高于传统的热水泵。(3)太阳能热水泵系统比传统的汽油和煤气炉提供更好的加热和能效性能。同时，太阳能装置也存在一些不足，需要进一步研究。例如，在目前的大多数试验中，都使用恒定风量系统，而水泵和水泵组则使用最大风量运行，从而节省能源

参考文献

[1]刘朋,缪正坤,郑俊贤,张丽娟.太阳能-空气源热泵采暖系统节能经济性分析[J].江苏建筑职业技术学院学报,2019,19(04):25-28.

[2]韩玮,王芳,花王,王子龙,陈夏辉,李叔蔚,张楠.相变蓄能太阳能热泵系统的蓄热特性研究[J].能源工程,2019(06):54-60.

[3]刘杰,万鹏,王亚妮,佟邦维.太阳能-空气源热泵联合供暖系统的应用分析[J].区域供热,2019(06):121-129.

[4]康彦青.太阳能发电与空气源热泵联合供暖在陕北地区分散式住宅中的应用[J].科技通报,2019,35(11):182-186.

[5]任晨曦.一种太阳能-空气源复合热泵的运行方案[J].西部皮革,2019,41(21):141-142.