太陽能熱泵技術特點及前景

隨著經濟發(fā)展和科技的進步，能源和環(huán)境是當今世界突出的兩大社會問題，這促使人們更多地意識到能源對人類的重要性，而愈來愈重視太陽能利用和節(jié)能熱泵技術。目前我國太陽能的熱利用主要集中在被動式太陽房采暖和熱水器提供家用熱水上，而主動式太陽能供熱系統的開發(fā)的利用相對落后。

       采用節(jié)能裝置——熱泵與太陽能集熱設備、蓄熱機構相聯接的系統方式，不僅能夠有效地克服太陽能本身所具有的稀薄性和間歇性，而且可以達到節(jié)約高位能和減少環(huán)境污染的目的，具有很大的開發(fā)、應用潛力。熱泵技術是一種很好的節(jié)能型空調制冷供熱技術，是利用少量高品位的電能作為驅動能源，從低溫熱源高效吸取低品位熱能，并將其傳輸給高溫熱源，以達到泵熱的目的，從而轉能質系數低的能源為能質系數高的能源（節(jié)約高品位能源），即提高能量品位的技術。
 
      太陽能熱泵的技術特點 太陽能熱泵將太陽能利用技術與熱泵技術有機結合起來，具有以下幾個方面的技術特點[4]： 1）同傳統的太陽能直接供熱系統相比，太陽能熱泵的最大優(yōu)點是可以采用結構簡易的集熱器，集熱成本非常低。在直膨式系統中，太陽集熱器的工作溫度與熱泵蒸發(fā)溫度保持一致，且與室外溫度接近，而非直膨式系統中，太陽能集熱環(huán)路往往作為蒸發(fā)器的低溫熱源，集熱介質溫度通常為20℃～30℃，因此集熱器的散熱損失非常小，集熱器效率也相應提高。有研究表明，在非寒冷地區(qū)即使采用結構簡單、廉價的普通平板集熱器，集熱器效率也高達60%～80%，甚至采用無蓋板、無保溫的裸板集熱器也是可以的。 2）由于太陽能具有低密度、間歇性和不穩(wěn)定性等缺點，常規(guī)的太陽能供熱系統往往需要采用較大的集熱和蓄熱裝置，并且配備相應的輔助熱源，這不僅造成系統初投資較高，而且較大面積的集熱器也難于布置。太陽能熱泵基于熱泵的節(jié)能性和集熱器的高效性，在相同熱負荷條件下，太陽能熱泵所需的集熱器面積和蓄熱器容積等都要比常規(guī)系統小得多，使得系統結構更緊湊，布置更靈活。 3）在太陽輻射條件良好的情況下，太陽能熱泵往往可以獲得比空氣源熱泵更高的蒸發(fā)溫度，因而具有更高的供熱性能系數（COP可達到4以上），而且供熱性能受室外氣溫下降的影響較小。 4）由于太陽能無處不在、取之不盡，因此太陽能熱泵的應用范圍非常廣泛，不受當地水源條件和地質條件的限制，而且對自然生存環(huán)境幾乎不造成影響。 5）太陽能熱泵同其它類型的熱泵一樣也具有“一機多用”的優(yōu)點，即冬季可供暖，夏季可制冷，全年可提供生活熱水。由于太陽能熱泵系統中設有蓄熱裝置，因此夏季可利用夜間谷時電力進行蓄冷運行，以供白天供冷之用，不僅運行費用便宜，而且有助于電力錯峰。 6）考慮到制冷劑的充注量和泄漏問題，直膨式太陽能熱泵一般適用于小型供熱系統，如戶用熱水器和供熱空調系統。其特點是集熱面積小、系統緊湊、集熱效率和熱泵性能高、適應性好、自動控制程度高等尤其是應用于生產熱水，具有高效節(jié)能、安裝方便、全天候等優(yōu)點，其造價與空氣源熱泵熱水器相當，性能更優(yōu)越。 7）非直膨式系統具有形式多樣、布置靈活、應用范圍廣等優(yōu)點，適合于集中供熱、空調和供熱水系統。易于與建筑一體化。
 
      然而我國太陽能熱泵的發(fā)展和應用還存在著一些問題： 1)投資經濟性。能源結構和燃料價格直接影響太陽能熱泵的經濟性，例如，我國西部地區(qū)以煤炭為主的能源結構以及較低的燃料價格必將影響太陽能熱泵的市場競爭力。同時，太陽能熱泵系統初投資偏高也是影響其經濟性的重要因素之一。2)性能可*性。各種類型的太陽能熱泵性能有待提高，要使部件之間的匹配關系達到投資運行最佳效益，要將系統設計與建筑設計結合起來，既要考慮系統性能又要考慮建筑美觀，要實行智能化控制，這需要各個專業(yè)、各個領域的人共同努力、相互配合。 3)公眾對這一技術缺乏足夠的了解和認識。目前，在我國制約太陽能熱泵應用的主要障礙是系統初投資較高以及政府、建筑設計人員和公眾對這一技術缺乏足夠的了解和認識。通過政府部門、科研機構和工程技術人員的共同努力，借鑒國外的成功經驗，我國太陽能熱泵將得到較快的推廣和發(fā)展。 總的來說，太陽能是地球上一切能的主要來源，是無窮無盡無公害的潔凈能源，也是21世紀人類最有希望的能源。我國地域遼闊，年日照時間大于2000h的地區(qū)約占全國國土面積的2/3，處于利用太陽能較有利的區(qū)域內。太陽能熱泵技術是太陽能熱利用技術和熱泵技術有機的結合，具有集熱效率高、供熱性能系數高、形式多樣、布置靈活、一機多用、應用范圍廣等優(yōu)點，能較好地解決“太陽能與建筑一體化”和“全天候”的問題。太陽能熱泵技術將在太陽能利用中占有重要地位，有著廣闊的發(fā)展前景