新型太阳能空气双热源热泵系统

容易结霜：蒸发器翅片间的霜 层不仅使空气流动阻力增大， 随着霜层越来越厚，传热热阻 变大，传热效果恶化
太阳能热泵优点
太阳辐射条件良好 时，COP值达4以 上，供热系数受室 外气温下降的影响 因素较小
集热 成本
低
高性 能系
数
一机 多用
采用结构简易的 集热器
冬季可供暖，夏 季可制冷，全年 提供热水
太阳能热泵缺点
太阳能热泵的技术原理
太阳能相变蓄热耦合空气源热泵系统
太阳能相变蓄热耦合空气源热泵系统图
太阳能热泵的技术原理
太阳能相变蓄热耦合空气源热泵系统
太阳能相变蓄热耦合空气源热泵系统是通过太阳能真空玻璃管集热器吸收太 阳辐射出来的太阳能并将其储存在相变蓄热水箱中或与空气源热泵相结合同时用于供暖 。
该系统的控制策略为： 1）空气源热泵机组独立运行能满足所需热量时，相变蓄热水箱将多余的热量和太阳能 辐射能进行储存； 2）当外界环境温度过低时，空气源热泵不能独立完成所需热量时，太阳能相变蓄热耦 合空气源热泵系统运行，太阳辐射量充足的情况下，多余的热量会被存储； 3）若空气源热泵侧有凝霜时，太阳能将一部热量用于提高蒸发器侧的温度，克服凝霜 现象的出现。
太阳能热泵的技术原理
混合连接式太阳能热泵系统
混合连接太阳能热泵系统
混合连接太阳能系统又叫双热源系统。设 有两个蒸发器，一个以大气为热源，一个 已被太阳能加热的工质为热源。
工作模式有3种： 1、太阳辐射强度足够，不开启热泵，直接 利用太阳能即可； 2、太阳辐射强度很小，水箱中水温过低时 ，热泵开启，时期以空气为热源工作； 3、当外界条件介于两者之间时，热泵以水 箱中被太阳能加热了的工质为热源进行工 作
环保
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结构相对简单， 安装使用方便
成本 低
节约 能源
COP值较高
利用 率高
冬夏共用，减少 了一套冷却水系 统
空气源热泵缺点
受室外空气状态影响大：当室 外空气温度降低时，系统的蒸 发温度降低，压缩机制冷剂流 量减少，压缩比增大，运行工 况变差，制热量减少。建筑热 负荷随着室外温度降低而增大， 热泵的制热量与建筑物的热负 荷变化相矛盾
2 Part
工作原理
简单分类 可切换式工作原理 联合运行式工作原理 对比与效益分析
太阳能热泵的技术原理
基本原理
晴天，经膨胀阀节流后的低温低压制冷剂首先流入太阳能集热(蒸发器)中，通过蒸 发后的制冷剂在压缩机中形成高温高压气体，然后排入冷凝器中，与水进行对流 换热，制冷剂经膨胀阀又流回蒸发器中，如此循环。在夜间或是阴天，太阳能集 热器也可以吸收大气中的显热和潜热来维持全天候的生产热水。
国内外的研究最早主要集在直膨式太阳能/ 空气源热泵复合热水系 统，随着发展研究投入，至当前各地区对串联式太阳能/空气源热泵复 合热水系统应用较少且偏集中于寒冷地区，并联式系统应用研究相对 较多，双热源式系统虽然理论研究颇多，但由于过于复杂和成本高造 成实用性差。
太阳能热泵的技术原理
优化配比问题
优化配比是困扰太阳能热泵热水系统发展的一个重要因素, 有人提出串联直膨 式太阳能热泵系统成功设计的关键是考虑压缩机功率和集热器面积的合理匹配 。然而, 串联直膨式需要对现有产品和技术进行重大调整, 短期内很难被厂家接 受。Freeman等利用TRSYS软件对并联式、串联式和混合式三种太阳能热泵系 统进行了较全面的模拟研究, 结果表明, 在空气作为热源的情况下, 并联式太阳能 热泵系统是最实用的。并联式系统中, 太阳能热水系统和空气源热泵系统相对独 立, 对现有产品的改动较小, 在太阳辐射较强时, 充分利用太阳能加热, 最大程度 节约高品位能源, 广泛应用于各类大中型热水工程中
太阳能-空气能复合热泵
对于北方地区冬季清洁取暖的问题，“宜气则气 ，宜电则电”早已是从行业到社会大众的共同认 知。站在行业发展专业角度来讲，供暖是相对复 杂的大系统，从热源、控制、末端到辅材，需要 有科学合理的设计、高效节能的产品选型、标准 规范的施工流程、贴心到位的售后服务等做支持 ，系统中各个关键节点做到严格把控及标准操作 ，才能保证系统运行的稳定和节能。在环保政策 及落地方案持续加码的大背景中，无论是北方传 统供暖区还是南方新兴采暖区，高效、节能都将 是主流趋势，如何为客户/用户打造舒适、节能、 环保的室内居住环境解决方案，对于暖通从业者 来说是一个新命题、新挑战。
随着生活水平的提高，热用户对于供热的要求也越 来越高，太阳能利用的一些局限性日益显现出来： （1）在太阳辐照时间少的国家和和地区，其应用受到 很大限制； （2）白天集热板板面温度的上升会导致集热效率下降 ； （3）在夜间或阴雨天没有足够的太阳辐射时，无法实 现24h的连续供热，如采用辅助加热方式，势必又要消 耗大量的其它能源； （4）加热周期较长； （5）传统的太阳集热器与建筑不易结合，在一定程度 上影响了建筑的美观； （6）常规的太阳热水器需要在房顶设水箱，在夜间气 温较低时，储水箱和集热器向外界散热造成大量的热量 损失。
热水工程系统投资回报及经济效益分析对比
在选择热水设备的时候，我们一般都会考虑成本和节能两方面， 这样就让很多人都难以抉择采用什么热水设备更合适。今天我们就来分 析一下，我们常采用的几个热水系统的投资回报及经济效益分析及对比 。 一、分析计算依据 1、以1T水升温到60℃为标准。 2、以冷水平均温度15℃计。 3、太阳能有效利用天数为270天左右，90天左右需辅助加热设备补充 热量。 4、水升温吸热计算公式：Q吸=C·M·Δt 式中：C——水的比热=1Kcal/Kg·℃
石蜡类相变材料
太阳能热泵的应用前景
太阳能热泵的发展问题
(1)性能可行性：各种类型的太阳能热泵性能都有待提高，要合理确定个部件之间的 匹配关系以达到投资运行最佳效益；要将系统设计与建筑设计结合起来，既要考虑 系统性能又要考虑建筑美观；要实行智能化控制，这需要各个专业的人相互配合。 实现各种能量的优化配置，确定太阳能集热器面积、蓄热水箱容积、建筑面积之间 的最佳匹配关系，才能使太阳能热泵供暖、供冷技术具有更强的竞争力，产生更大 的社会效益。
M——被加热水量（Kg） Δt——温升（℃） 二、所需热量计算 1、以所需热水总量8000公斤/天来计算。 2、每天将8000公斤水从15℃加热至60℃年需热量Q吸=1K cal/KG×8000KG×（60-15）℃=360000Kcal
三、采用电加热所需费用
耗电量：m=Q÷860÷η 式中：m——耗电量（度）
五、采用太阳能与热泵结合使用的方式每年耗电费用
采用太阳能与热泵结合时，即使在阴雨天，太阳能至少能将自来水水温 升高5℃左右。此时冷水计算温度应为20℃。所以，以这种方式供热水 ，在阴雨天，要满足使用要求，所需总热量为：Q吸=1K cal/KG×8000KG×（60-20）℃=320000Kcal。 同理所耗电量m=320000÷860÷4 =93度。 则每天所需电费为：S天=93度/天×0.70元/ 度=65元/天 每年所需电费：S年=65元/天×90天（每年没有太阳能的天数）=5850 元
比较
单一热源热泵：受环境，地区性差异和热源本身特点 等因素的限制，往往不能发挥其充分工作的作用，使 其性能系数降低
复合热泵：对热泵加以多重热源，使其尽量减少因环境 ，地区性差异等因素的影响，由于具有多重热源，可利用 多重热源的优点，使其发挥充分工作的作用，提高其性能 系数
空气源热泵优点
减少温室效应， 几乎不会对环境 造成影响
太阳能热泵的应用前景
太阳能热泵的主要应用
太阳能热泵
供暖系统 01
02
太阳能热泵
中央热水系统 03
04
太阳能与热泵 联合干燥
太阳能一空气源 热泵系统
简单分类
可切换式（传统式）
并联式换热器
双热 源热 泵
复合式换热器
联合运行式（新型）
可切换式工作原理
并联的蒸发器
可切换式供热，不能 联合供热
运行依赖于太阳辐射 状况和室外空气环境
η——电加热效率（0.97%） 860——电等价热值（大卡/ 度） 每天耗电量m=360000÷860÷0.97=406度。 电价格平均每度以0.70元计算。每天所需电费：S天=406度/天×0.70元/ 度 =284.2元/天 每年所需电费：S年=284.2元/天×360天=102312元 四、采用空气能热泵所需费用
相变材料应符合如下要求： （1）热性能方面要有合适的相变温度、较高的相变潜热值、合适的导热性能（导热系 数一般偏大）； （2）化学性能方面要有较低的腐蚀性、相变可逆性好、性能稳定、不易分解、毒性低 （无毒）、不易燃烧、结晶速度和晶体生长速均较快、同时在相变过程中不易发生熔 析现象，防止相变材料因为相变过程导致相变材料的化学成分变化； （3）物理性能方面要有较小的体积膨胀率、较大的密度、较小的蒸汽压； （4）经济方面相变材料应便宜易得。
(2) 投资经济性：能源结构和燃料价格直接影响太阳能热泵的经济性，例如，我国 西部地区以煤炭为主的能源结构以及较低的燃料价格必将影响太阳能热泵的市场竞 争力。同时，太阳能热泵系统初投资偏高也是影响其经济性的重要因素之一。
(3)公众认知度：目前，在我国制约太阳能热泵应用的主要障碍是系统初投资较高以 及政府、建筑设计人员和公众对这一技术缺乏足够的了解和认识。通过政府部门、 科研机构和工程技术人员的共同努力，借鉴国外的成功经验，我国太阳能热泵将得 到较快的推广和发展。
太阳能热泵的技术原理
传统串联式太阳能热泵系统
传统串联式太阳能热泵 太阳能集热器与热泵蒸发器 是独立部件，通过中间换热 器实现换热。中间换热器用 于存储被太阳能加热的工质 （空气或水），热泵蒸发器 与其换热使制冷剂蒸发，通 过冷凝将热量传递给用户。
太阳能热泵的技术原理
并联式太阳能热泵系统
并联式太阳能热泵系统 该系统由传统的太阳能集热器 与热泵共同组成，各自相互独 立，互为补充。当太阳辐射足 够时，只运行太阳能系统，否 则，运行热泵系统或两个系统 同时运行。
太阳能热泵的技术原理
1、从全年的运行结果可以得到，在太阳能资源三类地区，并联式系统 的运行效率高于串联式系统，采用并联式系统更加节能。 2、对于太阳能资源不太丰富的三类地区，采用串联式系统时可以根据 过渡季节典型日热泵蒸发侧所需的热量来确定集热器的面积，之后集 热器面积的增加对提高系统的效率影响不大；
1 Part
简介
概念 单一与复合热泵比较 空气能热泵特点 太阳能热泵特点
概念
热泵
单一热源热泵
多热源复合 热泵
太阳能-空 气双热源复 合热泵
一种利用少量高品质能源 将低温热源的热能转移到 高温热源的装置。
具有一个低温热源的热泵
将多个单一热源热泵叠加， 具有多个低温热源的热泵
低温热源为太阳能和空气 的双热源热泵
耗电量：m=Q÷860÷η 式中：m——耗电量（度）
η——电加热效率（400%） 860——电等价热值（大卡/ 度） 每天耗电量m=360000÷860÷4=105度。 电价格平均每度以0.70元计算。每天所需电费：S天=105度×0.70元/ 度 =73元 每年所需电费： S年=73元/天×360天=26372元
联合运行式工作原理
复合式蒸发器
可联合供热或者单空 气源供热
太阳辐射状况和室外 空气环境综合作用
对比
联合式相比可切换式有 如下优势：
运行稳 定性
联合式为双热源有机融合同 时供热，受外界影响较小
结构与 成本
从管路来说联合式相对更复杂一些 ，安装成本相对较大
效率和 性能
满足不同工况下的供热要求，提高了工作效 率，降低了能耗
太阳能热泵的技术原理
结构与形式
传统串联式太阳能热泵系统 直接膨胀式太阳能热泵系统
并联式太阳能热泵系统 混合连接式太阳能热泵系统
太阳能热泵的技术原理
直接膨胀式太阳能热泵系统
直接膨胀式太阳能热泵系统 太阳能集热器与热泵蒸发器合 二为一，制冷剂被直接充入太 阳能集热器。太阳能集热器同 时作为热泵的蒸发器使用。
有关结论
(1)平均温度、太阳辐射量和电价是决定并联式太阳能热泵热水系统最佳匹配的 三个重要因素, 在进行方案设计时, 设计者应根据具体的气候条件及当地的电力 价格来决定系统的最佳匹配。 (2)在该地区, 按最低月平均气温5.5 ℃来选择压缩机功率, 集热面积按太阳辐 射16.15 MJ/m2来选择, 计算费用最低, 系统达到最佳匹配。 (3)随着能源的日益紧张, 必然导致电价上涨,系统最佳匹配受电价的影响较大。 在该地区, 当电价为1.3元/(kW· h), 系统最佳匹配点变为集热面积按太阳辐射 14.72 MJ/m2 来选择。