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空氣能熱泵和太陽能有機融合應用分析

點擊數:25072013-05-16 10:44:19 來源: 山東奧客隆太陽能科技有限公司

    20世紀60年代,國外科學家就開始了太陽能熱泵的應用實驗:將太陽能集熱板直接或間接的作為熱泵系統的蒸發器,用以提高熱泵系統的效率,這些研究為熱泵裝置拓展了新的熱源,開闊了新的視野。但是盡管經過近60年的實驗研究,太陽能熱泵的應用依然很少,無論小型的直接膨脹式太陽能熱泵或者是大型的間接膨脹式機組,都沒有在現實中得到廣泛應用。
從理論上講,太陽能熱泵有著普通風源熱泵系統無法比擬的優勢:陽光充沛時,它能夠獲得比風源熱泵系統高得多的蒸發溫度,從而獲得更高的能效比;即使在夜間或者陰雨天,它同樣可以從空氣、雨水中捕獲足夠的熱能,而且在寒冷季節,太陽能集熱板可以容納比風源熱泵的蒸發器翅片多數十倍的霜層,變化的氣候在多數時間會由大自然自行進行除霜,在系統進行除霜作業時,它的除霜效率也遠高于風源熱泵系統:傾斜放置的太陽能集熱板,無須像風源熱泵系統那樣必須消耗熱量去融化霜層,并將其烘干揮發,再重新運行熱泵制熱,而是將霜層以固態方式移離集熱板;霜的潛熱無須機組付出,所以效率更高。
配合熱能存儲系統和帶有時間控制的自動控制系統,可以控制機組在系統效率更高的時段和氣象環境下工作,從而使太陽能熱泵系統的效率和環境適應性遠優越于常用的風源熱泵熱水裝置。這樣看來,太陽能熱泵的節能效果是十分突出的,但這只是理論上的結論。
    太陽能熱泵在現實中的境況卻遠非如此:隨著全球范圍內的能源緊張和節能減排的需要,風源、地下水源、土源等系列熱泵產品日益得到更加廣泛的應用,不但在環境溫度較高的南方,即使在冬季寒冷的北方,人們也努力克服環境的制約,使熱泵系列產品為社會提供更多和更好的服務,反觀理論上效率最高、應用最合理的太陽能熱泵,卻停步不前。
集熱板的面積難以匹配,是太陽能熱泵的一大難點:較大的集熱面積,會提高系統的制熱效率,但是在陽光充沛的時候,卻容易造成回氣壓力和溫度過高,使得機組無法穩定工作。如果集熱面積過小,又會使機組在夜間和陰雨天氣下效率大幅度降低。實際上不可能存在一種合理的面積配比,使它能夠滿足不同季節的要求。
    在太陽能熱泵的實踐中,往往會出現蒸以器溫度遠高于冷凝器溫度的情況,在以太陽能或廢熱為熱源的熱泵裝置中,就經常出現這樣的工況:按照傳熱的原理,高溫物體的熱量傳遞至低溫應該是可以自動進行的,但是按太陽能熱泵循環的方式卻只能夠開動壓縮機,驅動工質不斷重復以完成循環,這不但浪費了寶貴的能源,還使得壓縮機的吸汽溫度過高,使裝置的故障機會增加,以上兩點是太陽能熱泵不能得以廣泛應用的主要原因。
    在對太陽能熱泵的理論和應用進行客觀分析后,熱泵科學工作者提出了新的循環模式,即太陽能動力熱管循環模式:將裝置的制熱過程分為兩個工況,即有太陽能時的太陽能工況和沒有太陽能時的熱泵工況。在太陽能工況時,系統的壓縮機不工作,集熱板收集的太陽熱量通過系統的管路,以熱管的方式自動傳遞到冷凝器;而在沒有太陽時,熱泵系統將太陽能集熱板作為蒸發器,從風、雨中獲得能量。
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