韓娜麗

摘要：在國家大力推行節(jié)能降耗減排發(fā)展戰(zhàn)略的背景下，太陽能光熱空氣源已經(jīng)在直膨、水箱換熱、相變蓄熱等方面獲得研發(fā)進(jìn)步，其中的直膨式太陽能熱泵具有較好的制熱系數(shù)，可以達(dá)到普通熱水器的3倍，而水箱換熱式太陽能制熱系統(tǒng)的節(jié)能效果比較好，相變蓄熱型熱泵的制熱系數(shù)可以達(dá)到3.31，因此這三種太陽能熱泵已經(jīng)成為重點(diǎn)研究內(nèi)容。本文首先分析直膨式太陽能光熱熱泵制熱技術(shù)，其次探討水箱換熱和相變蓄熱太陽能光熱熱泵制熱技術(shù)，以及對相關(guān)研究具有一定的參考價(jià)值。

關(guān)鍵詞：太陽能;光熱空氣源;熱泵制熱技術(shù)

1直膨式太陽能光熱熱泵制熱技術(shù)

在直膨式太陽能熱泵中，其制熱系統(tǒng)的工作原理，實(shí)際上是使用太陽能集熱器替代風(fēng)冷蒸發(fā)器，將通過吸收太陽能獲得的輻射熱量作為低位熱源，將對流產(chǎn)生的空氣能作為輔助型低位熱源，可以切實(shí)滿足使用者對于熱負(fù)荷的需要。因?yàn)樘柲茌椛錈崮芡ǔ?huì)比空氣能高，所以技術(shù)人員應(yīng)該提升空氣源熱泵的制熱能力，制熱系統(tǒng)的差異性主要展現(xiàn)在冷凝器上，按照其使用的冷凝器可以將其分為三類：浸入式、外繞式、熱虹吸式冷凝器。

1.1侵入式冷凝器

這種冷凝器一般會(huì)在水箱內(nèi)部和冷水發(fā)生直接接觸形成換熱現(xiàn)象，具有比較高的換熱效率、較強(qiáng)的制熱能力。由于冷凝器長時(shí)間處于制熱狀態(tài)，非常容易和水中的鈣離子、鎂離子、氯離子出現(xiàn)化學(xué)反應(yīng)，因此工作人員需要提前對箱內(nèi)水體實(shí)施軟化處理，防止冷凝器表面出現(xiàn)水垢，確保銅管并不會(huì)由于水垢限制傳熱出現(xiàn)被燒壞的現(xiàn)象。除此以外，水中含有的氯離子通常會(huì)對銅金屬和鋼金屬產(chǎn)生腐蝕，因此工作人員需要提前對浸入式冷凝器實(shí)施防腐處理，才能夠進(jìn)一步提升直膨式太陽能熱泵的制冷效果。

1.2外繞式冷凝器

對于使用外繞式冷凝器的直膨式太陽能熱泵而言，冷凝管通常會(huì)盤繞在金屬水箱的外表層，因此工作人員應(yīng)該在冷凝管的外側(cè)位置設(shè)置一層保溫層或外殼，能夠使制冷劑和水體進(jìn)行分離，確保加熱之后水體不會(huì)受到污染而受到影響，依舊可以正常流通。但是被加熱的水體和冷凝器之間具有一層金屬間壁，為了避免水箱內(nèi)壁受到腐蝕，一般會(huì)使用搪瓷材質(zhì)的內(nèi)膽，這將會(huì)影響冷凝器的換熱效果。因此技術(shù)人員通過增加盤繞式冷凝管的數(shù)量，通過加大換熱面積的形式解決換熱效果下降的問題。

1.3熱虹吸式冷凝器

在直膨式太陽能熱泵中運(yùn)用熱虹吸式冷凝器，將熱虹吸作為動(dòng)力，能夠完成冷凝器和水箱之間的換熱。套管下方的水體在加熱后會(huì)因?yàn)槊芏茸兓霈F(xiàn)上浮現(xiàn)象，若是在水下密度比較大的水體泵上，安裝用于換熱處理的套管，可以實(shí)現(xiàn)反復(fù)循環(huán)制熱處理。在直膨式太陽能熱泵制熱系統(tǒng)其他元件均一致的條件下，熱虹吸式冷凝器具有的安全穩(wěn)定性通常會(huì)高于浸入式冷凝器。

經(jīng)過對比分析可知，浸入式冷凝器具有的制熱能力比較好，但是安全穩(wěn)定性比較差，而外繞式冷凝器具有較強(qiáng)的安全性，但是制熱效果不佳。冷凝側(cè)水箱一般用于供應(yīng)生活熱水，也可以將其視為緩沖水箱用作供暖，可以防止高頻開啟、暫停熱泵機(jī)組導(dǎo)致的噪音和電壓沖擊力。

2 水箱換熱式制熱系統(tǒng)

若是按照水箱換熱式太陽能熱泵的集熱單元進(jìn)行劃分，可以將其分為非嵌套式水箱換熱制熱的集熱單元和嵌套式水箱換熱制熱系統(tǒng)的集熱單元。

2.1非嵌套水箱換熱集熱單元

該類集熱單元和空氣源熱泵單元屬于相互獨(dú)立的狀態(tài)，二者之間不會(huì)牽涉到換熱問題，僅僅依靠單元內(nèi)部的自制熱量蓄熱水箱內(nèi)部冷水，從而切實(shí)滿足供暖和供給生活用水的需要。在日常應(yīng)用水箱換熱式制熱系統(tǒng)時(shí)，僅利用太陽能集熱單元即能夠達(dá)到供應(yīng)熱水的目標(biāo)，在太陽能集熱單元并不能充分滿足熱量需要時(shí)，空氣源熱泵方會(huì)投入到制熱系統(tǒng)中。該系統(tǒng)中的空氣源熱泵單元具有的制熱能力和普通的熱泵基本是一致的。在夏季時(shí)，可以將空氣源熱泵單元視為室內(nèi)環(huán)境的蒸發(fā)裝置，在供給生活熱水的基礎(chǔ)上，其還可以運(yùn)用在空調(diào)制冷環(huán)節(jié)中，其和普通空調(diào)系統(tǒng)和熱水器相比，全年平均節(jié)能效果可以達(dá)到25%到50%。

2.2嵌套式集熱單元

嵌套式集熱單元和空氣源熱泵單元一般是使用蓄熱水箱進(jìn)行連接的，會(huì)產(chǎn)生互相嵌套狀態(tài)的換熱結(jié)構(gòu)。太陽能集熱單元實(shí)際上是運(yùn)用蓄熱水箱實(shí)施換熱的，有助于提升空氣源熱泵的制熱效果，可以供給生活熱水。嵌套式集熱單元可以在夏季時(shí)供給熱水、用于空調(diào)制冷，在其供暖的末端位置，可以直接運(yùn)用輻射能量進(jìn)行供暖，防止水暖和制冷劑出現(xiàn)換熱能耗，能夠提升系統(tǒng)的制熱效果。

3相變蓄熱式制熱系統(tǒng)

第一方面，優(yōu)化改進(jìn)直膨式太陽能熱泵系統(tǒng)，技術(shù)人員通常會(huì)在集熱器的排氣口和進(jìn)氣口上安裝一個(gè)相變蓄熱設(shè)備，在天氣晴朗時(shí)，制冷劑能夠?qū)⑽盏奶柲苤苯觾?chǔ)存在蓄熱設(shè)備中，不但能夠?yàn)橐归g制熱存儲(chǔ)一些低位熱源，確保熱泵可以進(jìn)行高效率的制熱，而且可以進(jìn)一步管控壓縮機(jī)進(jìn)口位置的制冷劑溫度，防止該位置出現(xiàn)熱量過高以及壓力過大的問題，保證壓縮機(jī)處于正常運(yùn)行狀態(tài)。

第二方面，研發(fā)設(shè)計(jì)套管蓄能換熱器，這種新型的換熱器實(shí)際上是基于空氣源熱泵蒸發(fā)器的基礎(chǔ)上研發(fā)的，在制冷劑銅管位置依次安裝相變蓄熱處理套管、水環(huán)路式套管，且需要在套管的中間位置安裝一些肋片，從而加強(qiáng)換熱結(jié)構(gòu)的支撐效果。若是將套管蓄能換熱器運(yùn)用到水箱換熱制熱系統(tǒng)上時(shí)，水環(huán)路套管會(huì)在集熱器位置吸熱，而套管蓄能換熱器可以直接將能量傳輸?shù)较嘧冃顭崽坠埽评鋭┩ㄟ^吸收蓄熱材料的熱能，可以達(dá)到高效制熱循環(huán)發(fā)展的目的。

第三方面，運(yùn)用相變蓄熱水箱，水箱內(nèi)部的相變材料封裝規(guī)格比較小，能夠有效提升太陽能熱泵的集熱效果，其在供暖的初始階段以及結(jié)尾具有顯著的供熱效果。

結(jié)論：綜上所述，為了提升太陽能熱泵系統(tǒng)在各種安裝環(huán)境的適應(yīng)性，相關(guān)單位可以根據(jù)實(shí)際負(fù)荷需要，選擇一種太陽能空氣源熱泵技術(shù)或是綜合運(yùn)用多種太陽能熱泵技術(shù)，才能夠提升太陽能熱泵系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用效果。

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基金項(xiàng)目：安徽省高等學(xué)校自然科學(xué)研究重大項(xiàng)目“光伏-太陽能熱泵系統(tǒng)的性能研究”（項(xiàng)目編號：KJ2020ZD84）