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空气能热泵 和太阳能有机融合应用分析

点击数:21212013-05-16 10:44:19 来源: 山东奥客隆 太阳能科技有限公司

    20世纪60年代,国外科学家 就开始了太阳能的应用实验:将太阳能集 热板直接或间接的作为热泵系统的蒸发器,用以提高热 泵系统的效率,这些研究为 热泵装置拓展了新的热源,开阔了新的视野。但是尽管经过近60年的实验研究,太阳能热泵 的应用依然很少,无论小型的 直接膨胀式太阳能热泵或者是大型的间接膨胀式机组,都没有在现 实中得到广泛应用。
从理论上讲,太阳能热泵 有着普通风源热泵系统无法比拟的优势:阳光充沛时,它能够获得 比风源热泵系统高得多的蒸发温度,从而获得更 高的能效比;即使在夜间 或者阴雨天,它同样可以从空气、雨水中捕获 足够的热能,而且在寒冷季节,太阳能集热 板可以容纳比风源热泵的蒸发器翅片多数十倍的霜层,变化的气候 在多数时间会由大自然自行进行除霜,在系统进行 除霜作业时,它的除霜效 率也远高于风源热泵系统:倾斜放置的 太阳能集热板,无须像风源 热泵系统那样必须消耗热量去融化霜层,并将其烘干挥发,再重新运行热泵制热,而是将霜层 以固态方式移离集热板;霜的潜热无 须机组付出,所以效率更高。
配合热能存 储系统和带有时间控制的自动控制系统,可以控制机 组在系统效率更高的时段和气象环境下工作,从而使太阳 能热泵系统的效率和环境适应性远优越于常用的风源热泵热水装置。这样看来,太阳能热泵 的节能效果是十分突出的,但这只是理 论上的结论。
    太阳能热泵 在现实中的境况却远非如此:随着全球范 围内的紧张和节能减排的需要,风源、地下水源、土源等系列 热泵产品日益得到更加广泛的应用,不但在环境 温度较高的南方,即使在冬季 寒冷的北方,人们也努力 克服环境的制约,使热泵系列 产品为社会提供更多和更好的服务,反观理论上效率最高、应用最合理 的太阳能热泵,却停步不前。
集热板的面 积难以匹配,是太阳能热 泵的一大难点:较大的集热面积,会提高系统 的制热效率,但是在阳光 充沛的时候,却容易造成 回气压力和温度过高,使得机组无 法稳定工作。如果集热面积过小,又会使机组 在夜间和阴雨天气下效率大幅度降低。实际上不可 能存在一种合理的面积配比,使它能够满 足不同季节的要求。
    在太阳能热 泵的实践中,往往会出现 蒸以器温度远高于冷凝器温度的情况,在以太阳能 或废热为热源的热泵装置中,就经常出现 这样的工况:按照传热的原理,高温物体的 热量传递至低温应该是可以自动进行的,但是按太阳 能热泵循环的方式却只能够开动压缩机,驱动工质不 断重复以完成循环,这不但浪费 了宝贵的能源,还使得压缩 机的吸汽温度过高,使装置的故 障机会增加,以上两点是 太阳能热泵不能得以广泛应用的主要原因。
    在对太阳能 热泵的理论和应用进行客观分析后,热泵科学工 作者提出了新的循环模式,即太阳能动 力热管循环模式:将装置的制 热过程分为两个工况,即有太阳能 时的太阳能工况和没有太阳能时的热泵工况。在太阳能工况时,系统的压缩机不工作,集热板收集 的太阳热量通过系统的管路,以热管的方 式自动传递到冷凝器;而在没有太阳时,热泵系统将 集热板作为蒸发器,从风、雨中获得能量。
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