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太陽能熱泵熱水器的分類及工作原理
來源： 日期：2013-10-28 21:20:33 人氣：標(biāo)簽：
太陽能利用技術(shù)與熱泵技術(shù)的結(jié)合非常靈活，系統(tǒng)形式也多種多樣，一般可分為太陽能驅(qū)動(dòng)熱泵(solarpoweredheatpump，縮寫sphp)和太陽能輔助熱泵(solarassistedoraidedheadpump，sahp)兩大類。
太陽能驅(qū)動(dòng)熱泵主要是指以太陽能光電或熱電驅(qū)動(dòng)的壓縮式熱泵以及以太陽輻射熱能直接驅(qū)動(dòng)的吸收式、吸附式、噴射式和化學(xué)熱泵等。這類熱泵大多以實(shí)現(xiàn)太陽能制冷空調(diào)為主要目的，一般對太陽能集熱溫度要求較高，而且普遍存在體積大、成本高、效率低等問題。
太陽能輔助熱泵通常是指作為太陽能熱利用系統(tǒng)輔助裝置的熱泵系統(tǒng)，包括獨(dú)立輔助熱泵和以太陽輻射熱能作為蒸發(fā)器熱源的熱泵。這類熱泵多數(shù)以供熱為主，涉及建筑采暖、生活熱水供應(yīng)以及工業(yè)用熱等應(yīng)用領(lǐng)域，對太陽能集熱溫度要求不高，而且具有靈活多樣的系統(tǒng)形式、合理的經(jīng)濟(jì)技術(shù)性能和良好的商業(yè)實(shí)用化前景。
根據(jù)集熱介質(zhì)的不同，太陽能輔助熱泵一般可分為直膨式（direct-expan-sionsolarassistedheatpump，dx-sahp)和非直膨式兩大類。在直膨式系統(tǒng)中，制冷劑作為太陽能集熱介質(zhì)直接在太陽能集熱/蒸發(fā)器中吸熱蒸發(fā)，然后通過熱泵循環(huán)將冷凝熱釋放給被加熱物體。除太陽能集熱/蒸發(fā)器外，直膨式系統(tǒng)的其余部件（如壓縮機(jī)、冷凝器和膨脹閥）與常規(guī)的制冷/熱泵系統(tǒng)完全相同，因而極具小型化和商品化的發(fā)展?jié)摿ΑＳ捎谔柲芗療崞髋c熱泵蒸發(fā)器在結(jié)構(gòu)和功能上都合二為一，使得太陽能集熱溫度與制冷劑蒸發(fā)溫度始終保持相對應(yīng)，也就是說，集熱溫度可以處于一個(gè)較低的溫度范圍內(nèi)。這種結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢在于集熱效率非常高，甚至采用廉價(jià)的裸板集熱器也可以獲得較好的集熱性能，因而集熱成本非常低。與此同時(shí)，隨著制冷劑蒸發(fā)溫度的提高，熱泵機(jī)組性能也將得到很大改善，然而這種改善將受到太陽輻射條件的限制。由于太陽能輻射條件受地理緯度、季節(jié)轉(zhuǎn)換、晝夜更替及各種復(fù)雜氣象因素的影響而隨時(shí)處于變化中，而工況的不穩(wěn)定必將導(dǎo)致系統(tǒng)性能的波動(dòng)，因此，如何保證系統(tǒng)的高效穩(wěn)定運(yùn)行已成為直膨式系統(tǒng)達(dá)到實(shí)用化目標(biāo)所必須解決的難題之一。
在非直膨式系統(tǒng)中，太陽能集熱介質(zhì)通常采用水、空氣或防凍溶液等流體，使它們在太陽能集熱器中吸收熱量，然后將此熱量直接傳遞給加熱對象或作為蒸發(fā)器熱源經(jīng)熱泵循環(huán)升溫后再加熱物體。根據(jù)太陽能集熱循環(huán)與熱泵循環(huán)的不同連接形式，非直膨式太陽能輔助熱泵又可分為串聯(lián)式、并聯(lián)式和雙熱源式三種基本形式。串聯(lián)式是指太陽能集熱循環(huán)與熱泵循環(huán)通過蒸發(fā)器加以串聯(lián)，蒸發(fā)器熱源全部來自集熱循環(huán)所吸收的熱量；并聯(lián)式是指太陽能集熱循環(huán)與熱泵循環(huán)彼此獨(dú)立，后者僅作為前者不能滿足供熱需求時(shí)的輔助熱源；雙熱源式與串聯(lián)式基本相同，只是熱泵循環(huán)中包括了兩個(gè)蒸發(fā)器，可同時(shí)利用包括太陽能在內(nèi)的兩種低溫?zé)嵩椿蚨呋檠a(bǔ)充。在實(shí)際應(yīng)用中，串聯(lián)式和雙熱源式也可作為太陽能直接供熱系統(tǒng)的輔助裝置，實(shí)現(xiàn)多工況切換和運(yùn)行。非直膨式系統(tǒng)的 大優(yōu)點(diǎn)是：在太陽能輻射條件比較好的情況下，可以直接利用冷凝后的液體制冷劑經(jīng)貯液器10、干燥過濾器4和熱力膨脹閥5又流回太陽能集熱/蒸發(fā)器1中重新吸熱、蒸發(fā)。周而復(fù)始，直到貯熱水箱2中的熱水達(dá)到恒溫控制器11設(shè)定的溫度，壓縮機(jī)8才在恒溫控制器11的作用下自動(dòng)停機(jī)。壓力控制器9則在壓縮機(jī)吸氣壓力過低或排氣壓力過高的異常情況下，自動(dòng)切斷壓縮機(jī)電源實(shí)施保護(hù)。
與常規(guī)的太陽能熱水器相比較，直膨式太陽能輔助熱泵熱水器具有以下三個(gè)顯著特點(diǎn)。
(1)常規(guī)太陽能熱水器通常是直接利用水在太陽能集熱器內(nèi)的單相流動(dòng)來吸收太陽輻射熱能。直膨式太陽能輔助熱泵熱水器則是利用制冷劑在太陽能集熱/蒸發(fā)器中的兩相流動(dòng)來吸收周圍環(huán)境中的各種熱量，并通過熱泵循環(huán)將熱量傳遞給水。
(2)常規(guī)太陽能熱水器的工作溫度高于環(huán)境溫度，集熱器散熱損失較大，而直膨式太陽能輔助熱泵熱水器的工作溫度與制冷劑的蒸發(fā)溫度一致，通常情況下可低于環(huán)境溫度。
(3)在太陽輻射條件較好的情況下，常規(guī)的太陽能熱水器一般不耗能（自然循環(huán)式）或僅消耗極少量的泵功（強(qiáng)迫循環(huán)式）。直膨式太陽能輔助熱泵熱水器一定要用電，但壓縮機(jī)耗電僅用于驅(qū)動(dòng)熱泵循環(huán)，使得系統(tǒng)從太陽能（和空氣）低溫?zé)嵩次諢崃浚欧懦龅母邷乩淠裏釀t用于加熱水，其熱量等于低溫?zé)嵩次諢崃亢蜔岜脡嚎s機(jī)耗功，因而每消耗一份電量往往可以得到2～6份的熱量。
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