太陽能熱泵技術(shù)在暖通空調(diào)中應(yīng)用與發(fā)展探討

周珂珂

摘要：隨著經(jīng)濟的發(fā)展和人們生活水平的提高，人們對生活環(huán)境中的舒適程度越來越重視，各種建筑物中已經(jīng)逐漸離不開暖通空調(diào)。暖通空調(diào)的應(yīng)用和普及極大提高了人們的生活質(zhì)量，但是所消耗的能源也非常多，大量數(shù)據(jù)表明，暖通空調(diào)所使用的能源占建筑物能源消耗總量的一半以上?；谀壳拔覈Y源能源短缺和國家大力倡導(dǎo)可持續(xù)發(fā)展的現(xiàn)狀，暖通空調(diào)領(lǐng)域應(yīng)該采用更加節(jié)能的太陽能熱泵技術(shù)來有效降低能耗，而選擇資源豐富并且能與環(huán)境實現(xiàn)統(tǒng)一的新能源是降低暖通空調(diào)能耗的有效途徑。

關(guān)鍵詞：太陽能熱泵技術(shù)；暖通空調(diào)；應(yīng)用；發(fā)展

1太陽能熱泵系統(tǒng)的分類

太陽能熱泵系統(tǒng)由太陽能集熱器、熱泵機組、蓄熱水箱、供暖供水裝置、控制裝置等設(shè)備有機組合而成。根據(jù)熱泵蒸發(fā)器與太陽能集熱器的組合形式可分為直膨式和非直膨式兩大類，在直膨式系統(tǒng)中太陽能集熱器和蒸發(fā)器合二為一；在非直膨式系統(tǒng)中太陽能集熱器和熱泵蒸發(fā)器相對獨立工作，而非直膨式又可分為串聯(lián)、并聯(lián)和混聯(lián)三種方式。以提供熱水為目的四種太陽能熱泵系統(tǒng)的示意圖如圖1-圖4所示。

圖1所示為直膨式系統(tǒng)，制冷劑在集熱/蒸發(fā)器中接受太陽輻射吸熱而蒸發(fā)，之后制冷劑進入壓縮機被壓縮，然后進入冷凝器釋放熱量加熱水箱中的水后回到集熱/蒸發(fā)器形成循環(huán)。直膨式結(jié)構(gòu)可提高熱泵和集熱器的性能，其結(jié)構(gòu)簡潔部件少，但其制冷劑管路較長流動阻力大，無陽光時為空氣源熱泵運行方式，當前對直膨式系統(tǒng)的研究集中在集熱/蒸發(fā)器和系統(tǒng)容量匹配方面。

圖2所示為串聯(lián)式系統(tǒng)，將太陽能加熱后的熱水作為熱泵蒸發(fā)器的低溫熱源，再經(jīng)熱泵提升熱量品質(zhì)后通過冷凝器釋放出來加以利用。串聯(lián)式系統(tǒng)的本質(zhì)為水源熱泵，其COP較高，但其受天氣條件影響較大，無陽光時需使用輔助熱源。

圖3所示為并聯(lián)式系統(tǒng)，太陽能與熱泵可相互獨立工作，互為補充，兩者既可單獨運行，也可一起聯(lián)合運行。太陽輻射充足時太陽能可單獨運行；太陽輻射不足時，熱泵運行或兩者一起聯(lián)合運行。并聯(lián)式系統(tǒng)組成較為簡潔，運行方式靈活，對原有的太陽能和熱泵裝置無需做很大改動即可組合使用，系統(tǒng)穩(wěn)定性較高。

圖4所示為混聯(lián)式系統(tǒng)，其中熱泵設(shè)置了兩個蒸發(fā)器，一為水源，一為空氣源?；炻?lián)式系統(tǒng)既可以串聯(lián)方式運行——以太陽能提供的熱水作為熱泵蒸發(fā)器的低溫熱源；也可以并聯(lián)方式——太陽能和熱泵既可分別單獨運行也可聯(lián)合運行，熱泵以空氣源方式運行。具體運行方式取決于太陽輻射強度和環(huán)境溫度。

2暖通空調(diào)太陽能熱泵技術(shù)應(yīng)用優(yōu)勢

（1）提升了可再生能源利用效率。在當前建筑行業(yè)的發(fā)展中，各類可再生能源的應(yīng)用己成為了較重要的著眼點，結(jié)合可再生能源的利用，從太陽能源入手進行有效設(shè)計成為了比較重要的一方面。熱泵技術(shù)的運用正是針對太陽能能源進行充分運用，最終確保其能替代建筑物中原有的不可再生能源消耗，達到了較為理想的節(jié)能效果，滿足現(xiàn)階段社會發(fā)展的基本需求，成為研究探索的重要方向之一。（2）環(huán)境效益較為突出。結(jié)合建筑工程項目中太陽能熱泵技術(shù)手段的應(yīng)用，其在環(huán)境保護方面同樣也表現(xiàn)出較為理想的積極效益。在環(huán)境保護方面的體現(xiàn)主要因為太陽能熱泵技術(shù)的運用不會對各外界環(huán)境及建筑物室內(nèi)環(huán)境產(chǎn)生破壞和影響。太陽能熱泵技術(shù)的運用不會對地下水產(chǎn)生污染，也不存在煤炭等化石燃料應(yīng)用的排煙污染，可充分提升其整體環(huán)境保護效果，滿足社會發(fā)展基本需求。（3）經(jīng)濟效益較為突出。在太陽能熱泵技術(shù)手段應(yīng)用于建筑暖通空調(diào)項目的實踐中，其還表現(xiàn)出了較為明顯的經(jīng)濟效益，這種經(jīng)濟效益主要指該類技術(shù)手段的運用能夠?qū)崿F(xiàn)運行效率的提升，相對于傳統(tǒng)空調(diào)系統(tǒng)，其運行效率一般會高出40%左右，整體資金節(jié)約優(yōu)勢較明顯。此外，針對這種太陽能熱泵技術(shù)的具體落實運用，其體現(xiàn)出較為明顯的一機兩用效果，無論是對于供暖還是供冷，其均可借助于一套系統(tǒng)來完成，在投資方面實現(xiàn)了節(jié)約，也具備著理想的經(jīng)濟性優(yōu)勢。雖然太陽能熱泵技術(shù)手段的應(yīng)用在實際操作過程中確實能夠表現(xiàn)出較為理想的作用價值，但是該項技術(shù)手段在我國的運用并不是特別廣泛，在一些細節(jié)方面同樣也存在難題需要克服，須進一步加強研宄力度，充分提升暖通空調(diào)太陽能熱泵技術(shù)應(yīng)用價值。

3太陽能熱泵技術(shù)在暖通空調(diào)中的應(yīng)用與發(fā)展

3.1對太陽能技術(shù)應(yīng)用加快節(jié)能目標的實現(xiàn)

3.1.1太陽能主動式采暖與被動式采暖的實現(xiàn)

太陽能在采暖方面的作用需要借助集熱器完成，最終將處于分散狀態(tài)的太陽能轉(zhuǎn)化成熱水，再轉(zhuǎn)至發(fā)熱末端，此時，建筑工程的采暖系統(tǒng)形成，也就是太陽能采暖系統(tǒng)。被動式與主動式是太陽能采暖的主要模式。在主動式中，應(yīng)用電能，使得加熱書能夠在管道中進行循環(huán)，供熱目標實現(xiàn)。在整個過程中，采暖的設(shè)備主要包括風(fēng)機、水泵以及散熱器等。在被動式太陽能采暖系統(tǒng)中，不再局限于輔助性能源的配合，只需要對建筑位置、相關(guān)構(gòu)件等進行合理布局與處理，節(jié)能效果突出。具體講當太陽能在玻璃作用下實現(xiàn)透射，而后照射在墻體的黑色吸熱表面，促使墻表溫度得以升高，完成蓄熱功能。如果需要進行供熱行為，那么墻體與玻璃之間的熱空氣就會隨即進入房間，在經(jīng)過通風(fēng)口之后，進入玻璃與墻體之間的冷空氣也會被夾層加熱，滿足自然供熱循環(huán)的目的。

3.1.2太陽能熱水器能夠為生活提供更大的便利

在當前生活中，太陽能熱水器具有十分廣泛的推廣度，利用太陽光，實現(xiàn)對水溫的有效加熱。太陽能熱水器多數(shù)采用真空管式，節(jié)能作用突出，安全性較高。在真空集熱管的支撐下，強化太陽能向熱能的轉(zhuǎn)化，發(fā)揮熱水上浮與冷水下沉的原理，加快水源微循環(huán)的實現(xiàn)，達到熱量要求。

3.1.3太陽能空調(diào)的應(yīng)用提升了暖通空調(diào)在節(jié)能性與綠色性方面的效能

鑒于太陽能光熱轉(zhuǎn)化的基本原理，太陽能空調(diào)得到應(yīng)用。這種空調(diào)能夠有效達到制冷的目的。在太陽能集熱器的支持喜愛，制冷機獲取供熱媒水。一般情況下，其溫度越高，越能夠滿足制冷機的指標，效果越強。另外太陽能空調(diào)制熱方面的作用也很突出，能夠?qū)⑻柲芘c生物質(zhì)燃料進行聯(lián)合使用，強化超導(dǎo)太陽能集熱功能的實現(xiàn)，強化對太陽能輻射能的有效吸收。借助超導(dǎo)液將復(fù)合超導(dǎo)能力存儲在轉(zhuǎn)換器，通過中央控溫系統(tǒng)進行有效調(diào)控，達到自動供暖循環(huán)的功效，供暖目標實現(xiàn)。這種模式的供暖更具綠色性與節(jié)能性。

3.2熱泵技術(shù)在暖通空調(diào)中的應(yīng)用更顯暖通空調(diào)設(shè)計的科學(xué)性

3.2.1水源熱泵的能源為水體，強化熱量在高低溫位置的有效傳遞

水源熱泵能夠有效滿足供熱與制冷的需求。對于制冷，通過高品位能源的輸入，促使低溫熱能轉(zhuǎn)移至高溫位置。在這一過程中，水體發(fā)揮熱泵供暖與空調(diào)制冷的能源作用。

3.2.2借助地熱資源，滿足暖通空調(diào)制冷與供熱的目的

地源熱泵主要應(yīng)用了淺層地熱資源，通常包含土壤、水分等。具體講，地源熱泵也要先進性高品位能源的輸入，促使低溫位置熱能向高品位熱能轉(zhuǎn)移。在冬季，地源熱泵將地能中的熱量提取出來，待溫度升高之后，將其傳遞至建筑內(nèi)部，達到采暖的目的。在夏季地源熱泵會將熱量釋放至地能中，制冷效果形成，達到真正意義的節(jié)能與環(huán)保。

4結(jié)語：

綜上所述，無論是太陽能技術(shù)還是熱泵技術(shù)，通過在暖通空調(diào)中的應(yīng)用，都有效的提高了制冷、供熱的效果，減少了能源的消耗，同時，做到了節(jié)能環(huán)保，有利于環(huán)境的發(fā)展，對暖通空調(diào)的發(fā)展和整個建筑行業(yè)的發(fā)展具有重要作用。

參考文獻：

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