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,具有高效節能、安裝方便、全天候等優點,其造價與空氣源熱泵熱水器相當,性能更優越。
7)非直膨式系統具有形式多樣、布置靈活、應用范圍廣等優點,適合于集中供熱、空調和供熱水系統。易于與建筑一體化。
3、太陽能熱泵熱水器的研究現狀
早在20世紀50年代初,太陽能熱利用的先驅者Jodan和Therkeld就指出了太陽能熱泵的優越性,即可同時提高太陽能集熱器效率和熱泵系統性能。隨后,日本、美國、瑞典、澳大利亞等發達國家紛紛投入了大量的人力、物力對太陽能熱泵進行深入的研究與開發,在各地實施了多項太陽能熱泵示范工程,例如賓館、住宅、學校、醫院、圖書館以及游泳館等,取得了一定的經濟效益和良好的社會效益。在能源和環境問題日益嚴峻的今天,太陽能熱泵因其具有顯著的節能性和環境友好性,得到了越來越廣泛的關注。近年來,土耳其、印度尼西亞等發展中國家也對太陽能熱泵進行了大量的研究[5][6]。在產業化發展方面,美國的Solar King系列太陽能熱泵供熱設備以及澳大利亞的Quantum系列太陽能熱泵熱水器等就是比較典型的產品范例。
我國對太陽能熱泵的研究起步較晚,有關文獻和報道均在十幾年內。天津大學、東南大學、青島建筑工程學院、上海交通大學等先后對太陽能熱泵進行了實驗及理論研究,取得了一定的成果。天津大學對串聯式太陽能熱泵供熱水系統進行的實驗研究和理論分析表明,該系統可以一年四季可靠運行,向用戶提供50℃生活熱水,COP達到2.64~2.85(冬天),2.61~3.5(夏天)[7]。青島建筑工程學院對串聯式太陽能熱泵供暖系統進行了實驗研究,該系統具有多功能調節能力,冬季熱泵供暖時熱泵機組工作穩定,COP平均值達到2.71,具有明顯的節能效果[8]。上海交通大學對直膨式太陽能熱泵熱水器進行了試驗研究,該熱水器可全天候提供45~50℃生活熱水150L,每天耗電量約為1kW·h(夏)~2 kW·h(冬),其分體式結構尤其適合于高層或多層建筑,此外,這種熱水器在陰雨天可以照常工作,其工作形式轉變為空氣源熱泵[9]。
4、太陽能熱泵與建筑結合的應用
近年來,隨著太陽能事業的發展和建筑節能的要求,隨著城市的發展和人民生活水平的提高,“太陽能與建筑一體化”和“全天候供熱”已成為我國太陽能熱利用的重要議題。“太陽能與建筑一體化”就是把太陽能產品作為建筑部件安裝,使其有機結合起來,符合建筑美學要求,并盡可能地利用太陽能等新能源和可再生能源替代常規能源以減少建筑能耗對常規能源的依賴,降低建筑能耗占我國總能耗的比例,并提高常規能源利用率。由于太陽能熱泵具有集熱效率高、供熱性能系數高、形式多樣、布置靈活、一機多用、應用范圍廣等優點,能較好地滿足“太陽能與建筑一體化”的要求。由于太陽能具有低密度、間歇性和不穩定性等缺點,常規的太陽能供熱系統很難滿足“全天候”的要求,為滿足“全天候”的要求,常規方法是采用電加熱或燃氣加熱為輔助熱源,但容易引發安全問題,且消耗了大量優質能源,而采用太陽能供熱系統就能較好地解決“全天候”的問題。目前,我國太陽能熱泵主要應在公共建筑物上,例如,北京奧運村和奧運場館的生活熱水和加熱的能量都采用太陽能熱泵供熱系統。
5、太陽能熱泵技術存在的問題
我國太陽能熱泵的發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)性能可靠性。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、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展。
6 、結束語
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的地區約占全國國土面積的2/3,處于利用太陽能較有利的區域內。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,有著廣闊的發展前景。
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