太阳能热泵工作原理
太阳能热泵干燥概述

太阳能热泵干燥概述作者:张文荣来源:《无线互联科技》2013年第06期摘要:自然干燥受环境的影响较大,太阳能热泵干燥利用可再生能源-太阳能既环保又节能,在干燥行业具有巨大的发展潜力。
关键词:太阳能;热泵干燥;耦合太阳能是清洁环保的可再生能源。
我国地域广阔,约有2/3的面积年辐射时间超过了2200h,总辐射量达到5000MJ/m2。
干燥广泛地应用于各个领域,据统计,发达国家约有10%的燃料用于干燥[1]。
由于传统能源对大气环境的污染,,新型清洁能源已经成为各个国家关注的重点,太阳能热泵干燥是在热泵干燥的技术上用太阳能取代电能,是一种节能环保的新型干燥方式。
1 热泵干燥的结构和原理热泵干燥由热泵系统和干燥系统两部分组成[2]。
图1所示为热泵干燥原理图。
热泵部分是由蒸发器、节流阀、冷凝器、压缩机组成。
干燥系统是由干燥室、风机组成。
制冷剂在蒸发器中吸收热量气化后进入压缩机,经压缩机压缩升温升压,后进入冷凝器冷凝放热。
空气流经蒸发器侧析出水分除湿后,流经冷凝器吸收热量升温后进入干燥室对物料进行干燥。
干燥装置一般分为三种:(1)开式干燥器。
开式干燥器从干燥室干燥物料后直接排放到大气中,这种系统的缺点是从干燥室出来空气含有的余热被排放到大气中造成了浪费。
(2)闭式干燥器。
从干燥室干燥物料后出来的空气不排放到大气中,而是循环使用。
(3)半开半闭式干燥器。
从干燥室出来的空气一部分被排放到大气中,一部分留下来循环使用。
这种系统的缺点是容易受到外界环境的影响。
2 太阳能热泵干燥的结构和原理太阳能热泵原理如图2所示,就是在图1 的蒸发器处加上一个太阳能集热器。
太阳能热泵分为直接膨胀式和非直接膨胀式[3,4]。
文献[5]对太阳能热泵进行实验研究,实验结果要比实际的COP值高,这是因为太阳能热泵受气候、地域、温度、昼夜、纬度等影响较大。
太阳能是清洁可再生能源,太阳能热泵干燥是热泵干燥发展的一主要趋势。
3 太阳能热泵和其它类型的热泵的耦合太阳能热泵和其它类型的热泵也有一些耦合应用,不如太阳能-地热能耦合热泵,太阳能-废热耦合热泵,太阳能——炉火余热耦合热泵等。
智能型太阳能、热泵互补热水系统原理说明

智能型太阳能、热泵互补热水系统原理说明本文来源给排水知识分享现在《建筑设计节能设计标准》等国家规范、地方规范都对太阳能的设置做了要求,基本多层住宅、高层住宅都需要设置太阳能热水器,本文就来介绍一下太阳能热水系统,其组成,运行原理讲的都比较清楚,和传统的太阳能系统也有对比,大家可以看看,了解一下。
太阳能中央热水器由以下四大部分组成:太阳能集热器:吸收太阳能,将光能转化为热能,使冷水在集热器内被加热;保温水箱:储存热水,可保温3天,内胆为不锈钢,外包8厘米保温层,最外层是铝合金外壳;热泵辅助加热系统:用于阴雨天辅助加热;供热水管道:将经过增压泵加压后的热水引向各用水点,主管道有保温层,未端有回水管。
晴天,当太阳能把集热器内的冷水加热至55℃时(该温度可调),冷水管上的电磁阀门自动打开,冷水被自来水压力压入集热器内,集热器内的热水被挤出,然后进入到保温水箱中储存待用,当冷水到达集热器出口处的温度探头时,探头温度底于55℃,电磁阀门就立刻关闭,冷水停留在集热器内继续被太阳能加热,2-5分钟后,水温又达到55℃时,电磁阀门再次打开,集热器内的热水又被挤到保温水箱中,按此规律,一次又一次的产生热水进入水箱,水箱内热水逐渐增加,一直增加到水箱水满为止。
水箱水满后,就停止进水,如果还有太阳,为了充分利用太阳能,循环泵会自动启动,把水箱内55℃的热水抽出来,经过太阳能集热器循环加热,使水温进一步升高至60-70℃,当水温达到70℃时,就停止循环加热,限制水温不要超过70℃,以免烫伤人,又可防止结水垢(产生水垢的温度条件是水温超过80℃)。
热泵加热系统只有在太阳能光照不足时才启动,为最大限度地利用太阳能,减少电能的消耗,我们将设定3个时间段检测保温水箱的水位。
在上午10:30~11:30,如果保温水箱内热水水位还不到40%的位置,则自动启动热泵加热系统,往保温水箱补充50℃的热水,如果水位达到设定值,则热泵系统停止工作。
太阳能热泵技术研究

太阳能热泵技术研究一、太阳能热泵技术原理1.太阳能收集:通过太阳能集热器,将太阳能转化为热能。
太阳能集热器分为平板式、真空管式等多种类型,能有效地吸收太阳辐射热能。
2.热泵工作:太阳能热泵系统利用热泵的工作原理,将低温的热能提取,通过压缩机进行加热,提高温度,再通过换热器,将热能传递给水或空气,实现供热或供热水。
3.能量回收:在太阳能热泵系统中,采用热回收装置,将压缩机排放的冷凝热能进行回收利用,提高了热泵的热量转化效率。
二、太阳能热泵技术的应用领域1.供暖领域:太阳能热泵技术可以用于居民楼宇、商业建筑等供暖系统,通过太阳能和热泵的组合利用,实现节能减排。
2.热水领域:太阳能热泵系统可以用于家庭热水供应,通过太阳能的收集和热泵的工作,将太阳能转化为热能,为家庭提供热水。
3.工业领域:太阳能热泵技术可以用于工业生产过程中的热能利用,可以替代传统的燃煤、燃气锅炉,降低能源成本、减少污染。
4.农业领域:太阳能热泵技术可以应用于农业温室,通过太阳能和热泵的协同作用,实现温室的供暖和制冷,提高农业生产效益。
三、太阳能热泵技术的发展前景1.节能减排:太阳能热泵技术能够实现太阳能的充分利用,减少对传统能源的依赖,从而达到节能减排的目的。
2.生态环保:太阳能热泵技术无燃烧过程,无排放物产生,对环境无污染,符合可持续发展的要求。
3.成本降低:太阳能热泵技术可以提供多种能源转化方式,根据不同需求,选择合适的方式,降低能源成本。
4.市场需求:随着人们对可再生能源的关注度不断提高,市场对太阳能热泵技术的需求也在增加,有着广阔的市场前景和商业机会。
综上所述,太阳能热泵技术是一种将太阳能和热泵技术相结合的热能利用技术,其原理是通过太阳能热能的收集和热泵的工作原理,将太阳能转化为可使用的热能,在供暖、热水、工业和农业等领域有着广泛的应用。
太阳能热泵技术具有节能、环保、成本降低和市场需求增加等优势,有着广阔的发展前景。
光伏发电跟热泵结合的原理

1. 光伏发电供电:光伏发电系统产生的直流电能可以通过逆变器转换为交流电。这些电能 可以直接供给热泵系统所需的电力,用于驱动热泵的压缩机、风扇和控制系统等。
光伏发电跟热泵结合的原理
2. 热泵工作:热泵系统通过外部环境的热能来提供供暖、制冷和热水等需求。光伏发电系 统提供的电能驱动热泵系统的运行,使其能够高效地吸收和释放热能。
3. 综合利用:通过结合光伏发电和热泵系统,可以实现能源的高效利用和综合利用。光伏 发电系统利用太阳能转化为电能,为热泵系统提供驱动能源,减少了对传统电网的依赖。同 时,热泵系统利用外部环境的热能来提供供暖和制冷,实现能源的综合利用,提高能源利用 效率。
综合利用光伏发电和热泵系统可以实现能源的高效利用和可持续发展,减少对传统能源的 依赖,降低能源消耗和碳排放。这种结合可以在家庭、商业和工业等领域中应用,为建筑物 提供可持续、高效的能源解决方案。
光伏发电跟热泵结合的原理
2. 热泵:热泵系统利用外部环境的热能来提供供暖、制冷和热水等需求。热泵通过循环工 质(如制冷剂)的相变来吸收和释放热能。在供暖模式下,热泵从外部环境中吸收低温热能 ,然后通过压缩和蒸发过程将其升温,释放到室内供暖。在制冷模式下,热泵则从室内吸收 热量,通过压缩和冷凝过程将其释放到外部环境。
光伏发电跟热泵结合的原理
光伏发电系统利用太阳能将光能转化为电能,而热泵系统则利用外部环境的热能来提供供 暖、制冷和热水等需求。将光伏发电与热泵结合可以实现能源的高效利用和综合利用。
原理如Байду номын сангаас:
1. 光伏发电:光伏发电系统通过光伏电池将太阳光转化为直流电能。太阳能光子在光伏电 池中击中半导体材料,激发电子流动,产生电流。这些直流电流可以通过逆变器转换为交流 电以供家庭或商业用途。
太阳能热泵利用太阳能实现供暖和制冷

太阳能热泵利用太阳能实现供暖和制冷太阳能作为一种可再生能源,日益受到人们的关注和重视。
太阳能热泵就是利用太阳能来实现供暖和制冷的一种环保技术。
它与传统的取暖和制冷技术相比,具有许多优势,如高效能源利用、低运行成本和减少碳排放等。
本文将对太阳能热泵的原理、应用和发展前景进行探讨。
一、太阳能热泵的原理太阳能热泵利用太阳能作为能源,通过热泵循环原理实现供暖和制冷。
它由三个主要部分组成:太阳能集热器、热泵压缩机和热泵蒸发器。
太阳能集热器用于吸收太阳能,并将其转化为热能。
热泵压缩机将低温的太阳能热量提升到高温,用于供暖。
热泵蒸发器则用于将室内的热量排出,实现制冷效果。
二、太阳能热泵的应用太阳能热泵广泛应用于居住和商业建筑的供暖和制冷领域。
对于供暖,太阳能热泵可以利用太阳能的热量加热水,然后通过水循环将热量传递到房间内部,实现供暖效果。
对于制冷,太阳能热泵则可以逆转工作原理,将室内的热量排出,实现降温和除湿的效果。
三、太阳能热泵的优势太阳能热泵相比传统的取暖和制冷技术具有以下优势:1. 高效能源利用:太阳能作为可再生能源,利用太阳能热泵可以更高效地利用能量,节约能源消耗。
2. 低运行成本:太阳能热泵的运行成本相对较低,因为其主要能源来源来自太阳,无需额外的能源投入。
3. 环保节能:太阳能热泵不产生污染物和温室气体的排放,对保护环境和减少碳排放具有重要意义。
4. 适用性广泛:太阳能热泵适用于不同气候条件下的供暖和制冷需求,可以在各种环境下实现高效运行。
5. 可持续利用:太阳能作为一种源源不断的能源,可以持续供给太阳能热泵系统,实现可持续供暖和制冷。
四、太阳能热泵的发展前景随着人们对环境保护和可持续发展的重视,太阳能热泵作为一种清洁能源技术将有着广阔的市场前景。
太阳能热泵具有适用性广泛、运行成本低等优势,在各个领域都有着广泛的应用前景。
随着技术的不断创新和进步,太阳能热泵的效率和性能将进一步提高,推动其在未来市场的发展。
太阳能热泵的工作原理与应用领域分析

太阳能热泵的工作原理与应用领域分析随着环境保护意识的增强和能源需求的不断增长,太阳能热泵作为一种高效、清洁的能源利用技术,受到了越来越多人的关注。
本文将从太阳能热泵的工作原理和应用领域两个方面进行分析。
一、太阳能热泵的工作原理太阳能热泵利用太阳能作为热源,通过热泵的工作原理将太阳能转化为热能,进而供暖、供热水或制冷。
其工作原理主要包括太阳能的收集、传热和热泵的运行。
首先,太阳能的收集是通过太阳能集热器实现的。
太阳能集热器通常由太阳能热管组成,太阳能热管内部充满了工质,当太阳光照射到太阳能热管上时,工质会吸收太阳能并转化为热能。
其次,热能的传热是通过热泵系统实现的。
热泵系统由压缩机、蒸发器、冷凝器和节流装置等组成。
当太阳能热管中的工质被加热后,通过压缩机的作用,工质的温度和压力升高,然后进入蒸发器,通过蒸发器的蒸发过程,工质从低温低压状态转变为低温高压状态,吸收室内的热量。
接着,工质进入冷凝器,通过冷凝器的冷凝过程,工质释放出热量,使室内温度升高。
最后,工质通过节流装置降压后,重新进入太阳能热管,循环往复。
二、太阳能热泵的应用领域太阳能热泵具有广泛的应用领域,下面将从建筑供暖、热水供应和制冷方面进行分析。
在建筑供暖方面,太阳能热泵可以利用太阳能提供热能,实现对建筑物的供暖。
相比传统的燃气锅炉或电锅炉,太阳能热泵具有更高的能源利用效率和更低的运行成本。
此外,太阳能热泵还可以与地暖系统结合使用,提供更加舒适的供暖效果。
在热水供应方面,太阳能热泵可以利用太阳能提供热能,实现对热水的供应。
太阳能热泵可以将太阳能转化为热能,用于热水的加热,既可以满足家庭的日常生活用水需求,又可以满足工业和商业领域的热水需求。
与传统的热水锅炉相比,太阳能热泵具有更高的能源利用效率和更低的运行成本。
在制冷方面,太阳能热泵可以利用太阳能提供冷量,实现对建筑物的制冷。
太阳能热泵的制冷工作原理与供暖相反,通过热泵系统将室内的热量排出,使室内温度降低。
太阳能、地能热泵采暖供热系统原理图

太阳能、地能热泵采暖供热系统原理图太阳能、地能热泵采暖供热系统原理图采暖供热原理:如图一所示,热泵主要由制冷压缩机、冷凝器、膨胀阀、蒸发器等组成制冷回路,在制冷回路内充注制冷剂。
制冷压缩机通入三相交流电高速旋转,将低温低压制冷剂气体吸入压缩机,经压缩后变成高压高温气体,该高温高压气体经冷凝器被冷却水冷却,变成中压中温制冷剂液体,制冷剂液体经过膨胀阀节流减压后送入蒸发器,由于蒸发器连接在压缩机的吸气口上,压缩机不停的吸入蒸发器的制冷剂气体,使得进入蒸发器的大量制冷剂压力减低,制冷剂进一步大量蒸发。
由于蒸发器另一侧与地下水中水泵连接,所以当地下水大量流过蒸发器时,被蒸发的制冷剂带走大量的地下水中的热量(因为制冷剂蒸发过程,也就是制冷剂吸热的过程)。
地下水中含有大量的地球浅层土壤低温热量,这些低温热量通过地下水媒介被蒸发器中蒸发的制冷剂吸收提取变成制冷剂热量,被源源不断地吸入制冷压缩机。
经压缩机压缩之后,又变成为80-90℃ 的高温气体,这个高温气体在被冷凝器冷却的过程中,将大量的高温热量传给了冷凝器另一侧的采暖系统,80-90℃ 高温制冷剂气体被冷却的过程,也可以看作是将这些高温热量传递给冷却系统的过程,或者说是对采暖系统的加热过程,维持采暖系统水温在50-60℃, 通过风机盘管或暖气片负荷向空调房间供热。
综上所述,热泵机组是将电能通入压缩机,压缩机将电能变为高速旋转的机械能,机械能又通过压缩机将机械能变成为热能,压缩机输出的总热能=压缩机电功率+压缩机向地下水吸收的热能,而向井水中吸取的热能远远大于压缩机的电功率。
一般从井水中提取的热能是压缩机电功率产生热能的 4-5倍,所以热泵机组的能效比=输出热能(kw)/输入电功率 (kw)≈4.5左右。
而电锅炉的能效比=输出热能(kw)/输入功率(kw)≈0.9~0.98左右,从上面的对比可以看出热泵机组是节能环保设备,与电锅炉相比也同样是电采暖设备,只不过热泵比电锅炉更节省运行费用,理应得到电力部门大力推广的设备,最终受益的首先是电力部门,然后是用户,对环保、对电力部门、对全社会都是有很大好处的事。
太阳能热泵技术

——太阳能热泵系统
Solar Heat Pump System
新能源科学与工程1班 2016.01.06
1
太阳能热泵的发展简介
C
2 太阳能热泵的技术原理
目录
ONTENTS
3 4
5
太阳能热泵的种类特点 太阳能热泵的研究状况
太阳能热泵的应用前景
太阳能热泵的发展简介
住宅建筑的采暖和热水供应是我国能源消耗 的一个重要方面,化石能源的大量消耗,使 我国能源供应面临巨大的挑战,而且造成了 严重的环境污染,因此节约能源、开发利用 清洁的可再生能源、减少传统能源的的应用, 成为一项十分紧迫的任务
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
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
太阳能热泵的种类特点
直彭式系统:在直彭式系统中,是一种基于逆卡诺循环
直彭式
的系统,将太阳能集热器与热泵蒸发器结合成一体,
非直彭式系统:在非直彭式系统中,太阳能集热器与
太阳能热泵的发展简介
太阳集热器发展遇到的问题
太阳辐射少 的国家地区 受到的限制 较大
白天集热板 板面温度上 升会使效率 下降
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太阳能热泵工程原理图太阳能热泵原理及技术分析热泵技术是一种新型的节能制冷供热技术,长期以来主要应用于建筑物的采暖空调领域。
因热泵制热在节能降耗及环保方面的良好表现,卫生热水供应系统也越来越多的采用热泵设备作为热源。
其中以室外空气为热源的空气源热泵,结构简单,不需要专用机房,安装使用方便,在卫生热水供应方面具有不可替代的优势,除了比较大型的空气源热泵热水系统外,现在已有多个品牌的小型的家用空气源热泵热水器也投放市场。
但空气源热泵的一个主要缺点是供热能力和供热性能系数随着室外气温的降低而降低,所以它的使用受到环境温度的限制,一般适用于最低温度-10℃以上的地区。
将热泵技术与太阳能结合供应生活热水,国内外进行了许多这方面的研究,主要有两种方式,一种是直接以空气源热泵作为太阳能系统的辅助加热设备,另一种是利用太阳能热水为低温热源或将太阳能集热器作为热泵的蒸发器的太阳能热泵系统。
前者以太阳能直接加热为主以空气源热泵为辅,解决太阳能供热的连续性问题,但仍旧无法摆脱环境温度对热泵制热性能的影响;后者完全以太阳能作为热泵热源,大大提高了太阳能的利用效率,但太阳能资源不足时仍需要增加其它辅助热源,并且热泵供热能力受太阳能集热量的限制,规模一般比较小。
在大型的太阳能中央热水系统中,空气源热泵无疑是一种比较理想的辅助加热设备,为了改善空气源热泵在低温环境下制热运行的性能,扩大它的使用区域,结合国内外太阳能热泵研究中的先进经验,我们研制了一种适合于低温环境中工作的太阳能—热泵中央热水系统。
该系统采用一种新型的采用低温太阳能辅助的空气源热泵机组和太阳能集热系统结合,太阳能和热泵互为辅助热源,最大限度的利用太阳能,解决阴雨天气及冬季环境温度较低太阳能资源不足时热水供应保证率,做到全年、全天候供应热水。
1.太阳能—热泵中央热水系统组成1.1太阳能—热泵中央热水系统基本组成太阳能—热泵中央热水系统的主要组成部分为太阳能集热器和太阳能辅助加热空气源热泵机组,其他辅助设备与常规的中央热水系统相同,包括太阳能循环泵、热水加热环泵、换热器、热水箱及控制器等。
1.2太阳能辅助加热空气源热泵机组1.2.1太阳能辅助加热空气源热泵机组工作原理为使空气源热泵在低温环境中高效、稳定、可靠的运行,国内外众多科研单位和生产企业进行了研发和改进,归纳起来主要有三种方式。
一是依靠外界辅助热源来提高热泵低温制热性能,比如通过电加热提高热泵制热出水温度、采用燃烧器辅助加热室外换热器、在压缩机周围敷设相变蓄热材料以增加低温条件下制热运行出力等等;二是通过改善制冷剂循环系统来提高热泵的低温制热性能,比如采用双级压缩的空气源热泵,设中间补气回路的空气源热泵等;三是采用变频系统,低温工况下让压缩机高速工作增加工质循环量,同时向压缩机工作腔喷液以防止其过热,从而使热泵机组能够正常运行。
太阳能辅助加热空气源热泵机组是基于上述第一种方式而产生的,在机组的蒸发器上增加了--辅助换热器。
热泵在低温环境下制热运行时,高于环境温度的太阳能热水流经该辅助换热器,与将进入蒸发器的室外空气进行热量交换提高其温度,从而使制冷剂在相对较高的环境里蒸发吸热,提高了蒸发温度,改善了压缩机的工作状况。
1.2.2太阳能辅助加热空气源热泵机组性能特点与普通的空气源热泵相比较,太阳能辅助加热空气源热泵机组在低温工况下运行具有如下几个明显的特点:(1)COP显著提高在同样的环境温度下,太阳能辅助加热使制冷剂系统的蒸发温度得以提高,机组的制热性能系数较普通空气源热泵机组有了明显的提高,热泵制热性能系数随蒸发温度变化情况如图所示。
(2)防止蒸发器结霜,减少除霜时间由于辅助热源的加热作用,提高了进入蒸发器的空气温度,使其结霜的可能性降低,这样就可以防止蒸发器表面结霜,使其保持较高的换热效率,同时,机组的化霜次数和时间也大大减少,可以节省大量的电能,并保证热泵机组连续不间断的运行。
(3)改善空调压缩机工作环境,延长机组使用寿命在环境温度较低时,空调压缩机的压缩比急剧升高,压缩机的排气温度常常会超过压缩机允许的工作范围,从而导致压缩机频繁的启停,无法正常工作,长此以往,将会损伤压缩机的整体性能,减少空调设备的使用寿命。
通过太阳能作为辅助热源提高系统蒸发温度,间接的改善了压缩机的工作环境,不但解决了压缩机在外界低温环境下不能正常工作的问题,并且可以使整个热泵机组的使用寿命有效延长。
1.2.3太阳能辅助换热器的设计辅助换热器位于热泵蒸发器的外侧,作为热泵机组的一个部件与热泵机组同步设计生产,采用和蒸发器同样外型尺寸和材质的翅片管换热器。
辅助换热器的换热面积、空气通过温升及其与热泵蒸发器的间距应根据太阳能集热器可以提供的辅助热量、太阳能水温、环境温度及热泵机组蒸发温度、排风量等参数进行设计计算。
1.3太阳能集热器目前在太阳能热水工程中通常采用的太阳能集热器主要有平板型太阳能集热器、全玻璃真空管集热器、U型管式真空管集热器、热管式真空管集热器和直流式真空管集热器五种。
对于全年使用的比较大型的太阳能中央热水系统,要求太阳能集热器应具有一定的承压能力,比较高集热效率,比较小的管道阻力,抗冻能力强,易于维护。
在这几种太阳能集热器中,全玻璃真空管集热器虽然集热效率高,市场占有率大,但因其不能承压运行,容易冻裂,不适宜用在大面积的太阳能热水系统中,绝大部分都被用作家用太阳能热水器的集热部件。
其它四种均为金属吸热体的太阳能集热器,可以承压运行,适用于在大型的太阳能热水工程中应用。
平板集热器是应用比较早的一种太阳能集热装置,一直以来也是世界太阳能市场的主导产品,广泛应用于各种低温热水加热领域,但随着真空管太阳能集热器的出现,受其自身结构的局限,在集热效率上已不具备优势,因防冻问题以及集热性能受季节和环境影响较大,目前主要在南方冬季气温较高的地区应用,在北方寒冷地区冬季运行效果欠佳,不推荐在大型热水工程中应用。
U型管式真空管集热器、热管式真空管集热器和直流式真空管集热器是在全玻璃真空管集热器基础上发展起来产品,三者的共同特点都具有比较高的集热效率,以金属作为吸热体,可以承压运行,但从集热效率、防漏、防垢、耐久性、安全性、可靠性、安装维护难度等方面进行综合评价,热管式真空管集热器是最适宜在中央热水供应系统中采用的太阳能集热器类型,U型管式真空管集热器和直流式真空管集热器次之。
热管式真空管集热器利用热管传热,干性连接,管内不走水,具有热容小、传热快、耐冰冻、耐热冲击、承压强、保温好、无渗漏、易维护等优点,U型管式真空管集热器和直流式集热器利用真空管内同心套管直接对工质加热,除了具有运行温度高、承压能力强和耐热冲击性能好等特点外,其集热效率高于其它形式的集热器,并且可以水平安装,简化安装支架,减少安装场地面积,避免集热器影响建筑外观,在太阳能和建筑结合方面具有较强的适应性,但其安装程序比热管式真空管集热器复杂,接口较多,运行中有漏水隐患,系统维护成本相对较高。
2.太阳能—热泵中央热水系统的工作原理太阳能与太阳能辅助加热空气源热泵结合作为中央热水系统的热源,其目的在于取长补短,使二者互为补充,互为备用,在日照充足时优先使用太阳能加热热水,利用太阳能集热器产生的低温热水作为太阳能辅助加热空气源热泵的辅助热源,从而改善热泵的运行工况,提高其制热性能。
这种组合形式,使二者均在相对比较稳定高效的条件下工作,保证系统全年全天候的卫生热水供应。
空气源热泵制热过程本质上是对空气中蕴藏的太阳热能的提升利用,根据热泵的工作特性,在整个热水系统的运行过程中,热泵机组作为辅助热源运行所供应的热量中,只有一小部分来自电能,所以太阳能—热泵中央热水系统大大提高了太阳能利用率,减少了对一次能源的消耗。
太阳能—热泵中央热水系统的运行主要有以下四种工况(1)太阳能加热生活热水在大部分日照良好的晴天,系统按此工况工作,此时太阳能循环泵的工作由系统控制器根据太阳能集热器和热水箱的温度进行控制,源源不断的利用集热器采集的热量通过中间换热器输送到热水箱。
(2)太阳能辅助热泵机组加热生活热水当阴天或多云天气,当太阳能集热温度低于热水箱水温不足以直接加热生活热水时,热泵机组启动,利用空气作为热源加热热水箱内生活热水。
在秋冬季节,当环境温度低于热泵的经济运行温度时,热泵机组的制热效率下降并且蒸发器表面结霜,此时,热泵辅助加热循环启动,高于环境温度的低温太阳能热水进入热泵机组辅助换热器内,预热通过的空气,使热泵效率提高,并切具有防止蒸发器结霜的作用,可以节约热泵机组的耗电量。
(3)太阳能和热泵机组同时加热生活热水在晴天日照良好时,如果热水系统的耗热量大于太阳能集热系统的有效供热量或太阳能集热器的数量较少,不能满足热水系统的用热需求,则太阳能和热泵机组同时工作向热水系统供热。
(4)热泵机组直接加热生活热水在连续的雨雪天气,热水系统所需热量完全由空气源热泵机组提供。
此时,太阳能系统处于待机状态,热泵机组单独工作对热水箱加热。
3.太阳能—热泵中央热水系统设计3.1太阳能辅助加热空气源热泵机组功率的确定太阳能—热泵中央热水系统中,太阳能辅助加热空气源热泵机组在晴好天气作为太阳能集热系统的辅助热源设备,在太阳能资源不足时或阴雨天气作为系统的主要热源保证热水的正常供应,所以其制热功率应按照整个热水系统的设计热负荷进行确定。
对于全日制中央热水系统,热泵机组功率按照热水系统设计小时热负荷确定,对于非全日制中央热水系统,热泵机组的功率应根据最大用水量、热水箱容积、加热时间等参数进行确定。
热泵机组的额定制热功率不小于中央热水系统的设计负荷,在冬季比较寒冷的地区,可适当加大机组的型号,使其尽量在一天中气温比较高的时段内运行,在较短的时间内满足系统的用热需求。
3.2太阳能集热器面积的确定太阳能—热泵中央热水系统中,太阳能集热器的面积应以热水系统的设计热负荷或根据实际情况确定的太阳能供热量作为基本依据,并分析计算项目所在地单位面积的太阳能集热器平均每日有效得热量,从而确定太阳能集热器的安装面积。
热水工程中,太阳能集热器一般是固定角度安装,其单位面积日有效得热量随季节的变化和每日内太阳辐照强度的变化,并不是一个固定值。
其影响因素主要有集热器的安装角度、系统运行工况、所在地气象参数和太阳辐照量等。
不同的集热器类型具有不同的集热效率,其有效得热量也不同,所以在实际应用中一般根据集热器生产厂家提供的集热器集热效率等性能参数和太阳辐照资料进行分析计算,取全年平均值。
3.3太阳能集热系统形式对于太阳能—热泵中央热水系统,太阳能集热系统既作为热水加热的主要热源又作为热泵机组的辅助热源,并且应能承受较低的环境温度,所以应采用闭式系统,系统循环工质采用防冻液溶液。
4太阳能—热泵中央热水系统的实用意义4.1运行可靠性分析作为太阳能—热泵中央热水系统的主要组成部分,太阳能和空气源热泵都是技术成熟的节能环保产品。