試述太陽能熱泵技術(shù)在暖通空調(diào)中應(yīng)用及發(fā)展

白琨

摘 要：新能源熱泵技術(shù)利用的是可再生無污染的新能源為建筑物提供暖氣或者冷氣，能大幅度降低暖通空調(diào)的能耗，有利于緩解目前我國資源緊張的現(xiàn)狀，實(shí)現(xiàn)人與自然的和諧統(tǒng)一。太陽能作為一種高度清潔的能源，現(xiàn)在已經(jīng)廣泛應(yīng)用于各個(gè)行業(yè)中，將太陽能應(yīng)用到熱泵技術(shù)中能有效解決我國乃至世界的能源危機(jī)。文章主要就太陽能熱泵技術(shù)在暖通空調(diào)中的應(yīng)用及發(fā)展展開探討。

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

1 前言

隨著經(jīng)濟(jì)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)能的新技術(shù)來有效降低能耗，而選擇資源豐富并且能與環(huán)境實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一的新能源是降低暖通空調(diào)能耗的有效途徑。

2 太陽能熱泵技術(shù)的工作原理

太陽能熱泵系統(tǒng)是太陽能利用技術(shù)和熱泵技術(shù)的有機(jī)結(jié)合體，太陽能熱泵采暖系統(tǒng)最顯著的優(yōu)勢在于僅僅利用極少的電能就能獲得很大的熱量，低溫?zé)嵩吹睦贸潭确浅８?。將太陽能熱泵與地源熱泵或者空氣源熱泵結(jié)合起來使用能夠有效解決太陽能分散的特點(diǎn)。與采暖系統(tǒng)相比，太陽能制冷系統(tǒng)的成本要高一些，因?yàn)橹评湎到y(tǒng)增加了熱交換器和儲(chǔ)冷水箱等設(shè)備，在壓縮機(jī)的作用下，制冷劑通過蒸發(fā)來吸收儲(chǔ)冷水箱的熱量，從而達(dá)到降低溫度的效果。

3 太陽能熱泵技術(shù)在暖通空調(diào)中的應(yīng)用

3.1 太陽能采暖

太陽能采暖，主要是把將分散的太陽能，通過集熱器轉(zhuǎn)換成方便使用的熱水，再把熱水輸送到發(fā)熱末端，進(jìn)而形成建筑工程房間的采暖的系統(tǒng)，也叫做太陽能采暖系統(tǒng)。通過應(yīng)用相關(guān)太陽能采暖設(shè)備，把太陽光能給轉(zhuǎn)化成為暖通空調(diào)系統(tǒng)所需的熱能。從而滿足人們的生活需要。一般，太陽能采暖分為主動(dòng)式采暖和被動(dòng)式采暖兩種形式。首先，主動(dòng)式太陽能采暖主要是通過使用一定的電能，使加熱的水在管道中循環(huán)流動(dòng)，完成房間供熱的過程。此采暖系統(tǒng)中涉及到的采暖設(shè)備主要有：風(fēng)機(jī)、水泵、散熱器、儲(chǔ)熱器和集熱器等。隨著設(shè)備的不斷發(fā)展，特特別是太陽能集熱器的發(fā)展，主動(dòng)式太陽能采暖系統(tǒng)逐漸得到應(yīng)用。其次，被動(dòng)式太陽能采暖系統(tǒng)。這種采暖方式不需要任何輔助性的能源，只需建筑方位的合理布置和建筑構(gòu)件的恰當(dāng)處理。節(jié)能效果非常明顯，也是常用的一種采暖方式。主要是使太陽光通過玻璃的透射，照射到墻體的黑色吸熱表面，墻表溫度得到升高，墻體進(jìn)行蓄熱。當(dāng)建筑需要供熱時(shí)，墻體與玻璃之間的熱空氣就會(huì)以自然對流的形式進(jìn)入房間，而通過墻下通風(fēng)口進(jìn)入玻璃和墻體之間的室內(nèi)冷空氣，就會(huì)被夾層加熱，從而形成自然的供熱循環(huán)。即使是沒有太陽光的時(shí)候，墻體所儲(chǔ)存的熱量也能夠?qū)κ覂?nèi)空氣進(jìn)行加熱。這種采暖方式很大程度上降低了能源消耗。

3.2 太陽能熱水器

太陽能熱水器，主要是一種利用太陽光將水溫加熱的裝置設(shè)備。一般分為真空管式太陽能熱水器和平板式太陽能熱水器，其中真空管熱水瓶應(yīng)用非常普遍，效果也很明顯，而且節(jié)能安全。主要依靠真空集熱管把太陽能轉(zhuǎn)換成熱能，利用熱水上浮冷水下沉的原理，使水產(chǎn)生微循環(huán)而提供所需的熱水。太陽能熱水器的應(yīng)用給人們的生活帶來了極大的方便。

3.3 太陽能空調(diào)

根據(jù)太陽能光熱轉(zhuǎn)換的運(yùn)行原理，太陽能空調(diào)在暖通空調(diào)中應(yīng)用廣泛，太陽能空調(diào)的應(yīng)用主要有兩方面的功能。其一，制冷。就是利用太陽能集熱器，為吸收式制冷機(jī)提供所需要的熱媒水，一般，熱媒水的溫度越高制冷機(jī)的性能系數(shù)就越高，這樣的空調(diào)系統(tǒng)制冷效果也就越好。其二，制熱。以太陽能和可再生的生物質(zhì)燃料為主要能源，利用超導(dǎo)太陽能集熱器吸收太陽輻射能，經(jīng)超導(dǎo)液傳遞到復(fù)合超導(dǎo)能量儲(chǔ)存轉(zhuǎn)換器，經(jīng)過中央控溫系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)控，完成自動(dòng)供暖循環(huán)，達(dá)到供暖的目的，這是一種綠色供暖方式。

4 太陽能熱泵技術(shù)在暖通空調(diào)中應(yīng)用的問題及解決措施

雖然太陽能具備清潔性、經(jīng)濟(jì)性及儲(chǔ)備無限性等優(yōu)點(diǎn)，但也有間歇性、不穩(wěn)定性等缺點(diǎn)，如果單獨(dú)使用太陽能熱泵系統(tǒng)進(jìn)行供熱，可以出現(xiàn)以下情況。太陽輻射條件好的情況下，太陽能集熱器的集熱效果好，太陽能儲(chǔ)備量相對校多，室內(nèi)熱負(fù)荷就會(huì)降低。若遇到太陽輻射不好的情況，太陽能集熱器的集熱效果自然下降，就無法滿足用戶的需求。盡管使用更大面積的太陽能集熱器可以提高太陽能儲(chǔ)備量，但會(huì)加大安裝難度，不利于運(yùn)維檢修。此外，太陽能熱泵供暖技術(shù)使用也面臨著成本投入、工作協(xié)調(diào)等方面的挑戰(zhàn)。與常規(guī)的太陽能供熱技術(shù)相比，太陽能熱泵供暖技術(shù)的一次性建設(shè)投資和運(yùn)行成本都比較高，若經(jīng)濟(jì)實(shí)力不足很難安裝該系統(tǒng)。太陽能熱泵供暖系統(tǒng)的智能化控制程度較高，技術(shù)專業(yè)性也較高，對各專業(yè)人員的工作協(xié)調(diào)性提出了更高要求，需要各專業(yè)人員通力合作，方能有效應(yīng)用太陽能熱泵供暖系統(tǒng)。

針對太陽能熱泵供暖系統(tǒng)在建筑應(yīng)用實(shí)踐中的主要問題，提出了以下對策：第一，在太陽能熱泵供暖系統(tǒng)中加入空氣源熱泵、水源熱泵，組建混合式太陽能熱泵供暖系統(tǒng)，共同進(jìn)行建筑室內(nèi)供暖。具體方式：將太陽能室的散熱器和熱泵室的散熱器一同接入建筑室內(nèi)，把空氣源熱泵和水源熱泵串聯(lián)在一起，公用一套壓縮機(jī)及附屬設(shè)施；將太陽能集熱器收集到的熱源儲(chǔ)備在蓄熱水箱中，經(jīng)室內(nèi)散熱器給用戶直接供暖。當(dāng)然，除了通過通過太陽能熱源熱泵直接供暖外，也可以通過空氣源熱泵、水源熱泵直接供暖，解決了太陽能不充足情況下的供暖問題；第二，在不增加經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)情況下，盡可能的加大建筑供暖方面的經(jīng)濟(jì)投入，采用太陽能熱泵供暖技術(shù)。若經(jīng)濟(jì)條件不允許，可以對傳統(tǒng)的太陽能供暖系統(tǒng)進(jìn)行技術(shù)改造，如采用新型平板式內(nèi)聚光太陽能集熱器，提高系統(tǒng)集熱效果；第三，加大各專業(yè)間的技術(shù)合作，做好協(xié)調(diào)、配合等工作，結(jié)合當(dāng)前太陽能熱泵供暖系統(tǒng)的技術(shù)缺陷展開針對性的研發(fā)，不斷促進(jìn)太陽能熱泵供暖技術(shù)水平提升，達(dá)到更好的節(jié)能效果。

5 太陽能熱泵技術(shù)在暖通空調(diào)中的發(fā)展

5.1 水源熱泵

水源熱泵的應(yīng)用主要有兩種性能，供熱與制冷。首先，制冷，主要是通過高品位能源的少量輸入，使低溫位置的熱能向高溫位置的熱能轉(zhuǎn)移。而水體分別作為熱泵供暖和空調(diào)制冷的能源，一般在夏季，要將建筑物中的熱量釋放到水源中去，因?yàn)樗礈囟鹊?，能夠很好地帶走熱量，從而達(dá)到室內(nèi)空調(diào)制冷的目的。

5.2 地源熱泵

地源熱泵是熱泵種類的一種，主要是通過利用淺層地?zé)豳Y源，如地下水、土壤或地表水等，既能夠供熱又可以制冷，是一種高效節(jié)能的空調(diào)設(shè)備。首先，地源熱泵也是通過高品位能源的少量輸入，從而實(shí)現(xiàn)低溫位置熱能向高溫位置熱能的轉(zhuǎn)移。在冬季，地源熱泵把地能中的熱量提取出來，溫度提高后，把熱能輸送到室內(nèi)，完成采暖過程；在夏季，地源熱泵再把室內(nèi)的熱量提取出來，重新釋放到地能中去。供暖制冷效果非常好，而且真正做到了節(jié)能環(huán)保。

總之，太陽能熱泵技術(shù)是太陽能和熱泵技術(shù)的有機(jī)結(jié)合，兩者的融合利用可提高系統(tǒng)的能效比，同時(shí)克服了傳統(tǒng)太陽能和熱泵各自的缺點(diǎn)，既提高了系統(tǒng)對使用環(huán)境的適應(yīng)性，降低了系統(tǒng)的運(yùn)行費(fèi)用，也拓寬了其應(yīng)用范圍。不過太陽能熱泵技術(shù)也是優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)并存的，這需要技術(shù)人員不斷對太陽能熱泵技術(shù)加以改進(jìn)，這樣太陽能熱泵技術(shù)的發(fā)展空間才會(huì)更加廣闊。

參考文獻(xiàn)：

[1] 高銘.太陽能熱泵供熱技術(shù)研究與應(yīng)用[J].江西建材，2017（20）.

[2] 吳建華，王欽.地源熱泵與太陽能三聯(lián)供技術(shù)在節(jié)能設(shè)計(jì)中的應(yīng)用[J].南方農(nóng)機(jī)，2017（8）.