太阳能热泵供热技术研究与应用

■高铭■秦皇岛市规划设计研究院，河北秦皇岛066001

摘要:太阳能热泵供热技术出现以来倍受欢迎，在建筑供暖系统中有着大量应用。本文结合大量的文献资料，对太阳能热泵供热技术的工作原理、结构设计、工艺流程、技术特点等进行了简要研究。然后，从实际情况入手，分析了太阳能热泵供热技术在建筑供暖系统中的应用及一些待解决的问题，以期促进太阳能热泵供热技术进一步发展。

关键词:太阳能热泵供热技术 工作原理 建筑供暖 应用问题

能源与环境是21世纪全球的一个共同话题，随着生态环境日益恶化和能源消耗的逐渐加大，这一话题的受关注程度越来越高，很多人将目光放在新能源开发与利用上。众所周知，太阳能是一种真正的清洁能源，不排放温室气体、不污染环境，可成为电能等能源的替代能源，以太阳能技术为基础发展起来的太阳能热泵供热技术在建筑中的应用已经相当普遍。下面对太阳能热泵供热技术及其应用进行了分析，仅供参考借鉴。

1 太阳能热泵供热技术

太阳能热泵供热技术其实是太阳能技术和热泵供热技术的有机结合，通过综合利用太阳能、浅层地能等可再生能源调节建筑物内部温度，智能控制建筑供热系统。

(1)工作原理

太阳能热泵供热技术的工作原理有自身独特的亮点，即综合利用了太阳能和浅层地能，可实现全天候供暖。按照太阳能集热器和热泵蒸发器的连接方式，太阳能热泵供热系统分为直膨式和非直膨式两种类型。直膨式太阳能热泵供热系统中的太阳集热器与热泵蒸发器直接连接在一起，而非直膨式太阳能热泵供热系统通过介质连接太阳集热器与热泵蒸发器。

工作原理:太阳能集热器吸收热量，热泵蒸发器从集热器中提取热量并进行加热，用于供暖或制备热水。正常天气状况下，启动太阳能集热器就可以收集热能，利用太阳能供暖或制备热水。若阴天、雨天，可利用浅层地能作为太阳能的补充，也可以保证建筑供暖或热水制备的持续性。

(2)结构设计

太阳能热泵供暖系统主要包括三部分，分别为太阳能供热总成、地能运行转化总成、风机盘管供能总成。该系统采用模块式结构，具有可扩展性、高度的灵活性，维护简单方便，且维修不影响正常运转。

(3)工艺流程

太阳能热泵供暖系统运行的整个过程都采用智能控制技术，自动控制系统运行，基本不需要人工操作。在阳光少、不能满足太阳能集热器热能需求的天气状况下，该系统自动开启热泵系统，通过地能补充太阳能。在太阳能充足条件下，自动关闭热泵系统。通过智能控制装置控制整个系统工艺流程，达到的节能效果是较好的。

(4)技术特点

太阳能热泵供暖技术特点包括:

①太阳能集热器结构简单，即使是非常寒冷的地区也可以使用平板集热器，集热成本较低，且集热效率高，一般在60%－80%间;

②在相同热负荷条件下，太阳能热泵供暖系统的集热器面积远远低于常规系统的面积，结构紧凑，易于布置;

③太阳能是一种取之不竭的资源，不受地理、地形等条件限制;

④可以一机多用，冬天供暖，夏天制冷;

⑤一次性建设投资和运行成本都较低，利于节省电力能源，错开用电高峰;

⑥在太阳辐射条件较高情况下，太阳能热泵供暖系统的蒸发温度往往要高于空气源热泵热暖的蒸发温度，室外温度气候对太阳能热泵供暖系统的影响很少;

⑦太阳能热泵供暖系统安装方便，可全天候工作。

2 太阳能热泵供热技术在建筑中的应用现状、问题及解决方向

(1)应用现状和问题

太阳能热泵供暖技术具有很多优点，适应性强、应用面广，可以在气候条件、地理地形等环境迥异的地区应用实践。我国幅员广阔，一些光照地区差地区无法使用传统的太阳能供热技术，但由于太阳能热泵供暖技术综合利用了太阳能和浅层地能，即使光照条件相对差一些，也可以通过浅层地能补充太阳能，很好的解决了传统太阳能供暖技术缺陷，为太阳能热泵供暖技术应用实践提供了有力技术支持。

近年来，随着太阳能技术不断发展和环保节能要求的不段提高，太阳能与建筑供暖的结合已经成为社会广泛关注的一个话题，甚至表现出了太阳能与建筑一体化发展趋势。在建筑供暖中采用太阳能热泵供暖技术，可以让太阳能资源替代常规的能源，如电力能源，减少常规能源消耗，利于降低建筑供暖对常规能源的依赖，大幅度节省建筑能耗。而且，太阳能热泵供暖技术基本是零排放、零污染，环境友好程度高，符合可持续发展的核心内涵。由于太阳能本身具有间歇性、不稳定等特点，以往的太阳能供热技术无法满足“全天候”供暖或制冷要求，只能通过电加热、燃气加热方式补充热源，不仅消耗了大量的能源，也增加了安全问题。

太阳能热泵供暖技术以浅层地能作为太阳能的热源补充，安全性、环保性都很高，应用更广泛。虽然太阳能具备清洁性、经济性及储备无限性等优点，但也有间歇性、不稳定性等缺点，如果单独使用太阳能热泵系统进行供热，可以出现以下情况。太阳辐射条件好的情况下，太阳能集热器的集热效果好，太阳能储备量相对校多，室内热负荷就会降低。若遇到太阳辐射不好的情况，太阳能集热器的集热效果自然下降，就无法满足用户的需求。

尽管使用更大面积的太阳能集热器可以提高太阳能储备量，但会加大安装难度，不利于运维检修。此外，太阳能热泵供暖技术使用也面临着成本投入、工作协调等方面的挑战。与常规的太阳能供热技术相比，太阳能热泵供暖技术的一次性建设投资和运行成本都比较高，若经济实力不足很难安装该系统。太阳能热泵供暖系统的智能化控制程度较高，技术专业性也较高，对各专业人员的工作协调性提出了更高要求，需要各专业人员通力合作，方能有效应用太阳能热泵供暖系统。

(2)解决方向

针对太阳能热泵供暖系统在建筑应用实践中的主要问题，提出了以下对策:

第一，在太阳能热泵供暖系统中加入空气源热泵、水源热泵，组建混合式太阳能热泵供暖系统，共同进行建筑室内供暖。具体方式:将太阳能室的散热器和热泵室的散热器一同接入建筑室内，把空气源热泵和水源热泵串联在一起，公用一套压缩机及附属设施;将太阳能集热器收集到的热源储备在蓄热水箱中，经室内散热器给用户直接供暖。当然，除了通过通过太阳能热源热泵直接供暖外，也可以通过空气源热泵、水源热泵直接供暖，解决了太阳能不充足情况下的供暖问题;

第二，在不增加经济负担情况下，尽可能的加大建筑供暖方面的经济投入，采用太阳能热泵供暖技术。若经济条件不允许，可以对传统的太阳能供暖系统进行技术改造，如采用新型平板式内聚光太阳能集热器，提高系统集热效果;

第三，加大各专业间的技术合作，做好协调、配合等工作，结合当前太阳能热泵供暖系统的技术缺陷展开针对性的研发，不断促进太阳能热泵供暖技术水平提升，达到更好的节能效果。另外，可以从国外发达国家吸取经验，用于国内太阳能热泵技术研究。

3 结论

综上所述，太阳能热泵供暖技术在建筑中的应用可以节约能源，减少污染气体排放，保护空气环境。在今后工作中，要加大太阳能热泵供暖技术研发，使之不断完善，适应用户的更高要求