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1、,太阳能-空气能复合热泵,Part,1,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,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
2、暖通从业者来说是一个新命题、新挑战。,概念,太阳能-空气双热源复合热泵,热泵,单一热源热泵,多热源复合热泵,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,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,环保,节约能源,成本低,利用率高,CO
3、P值较高,冬夏共用，减少了一套冷却水系统,减少温室效应，几乎不会对环境造成影响,结构相对简单，安装使用方便,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,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,集热成本低,高性能系数,一机多用,冬季可供暖，夏季可制冷，全年提供热水,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,采用结构简易的集
4、热器,太阳能热泵缺点,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。,Part,2,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
5、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。,传统串联式太阳能热泵系统,并联式太阳能热泵系统,直接膨胀式太阳能热泵系统,混合连接式太阳能热泵系统,太阳能热泵的技术原理,结构与形式,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
6、集热器同 时作为热泵的蒸发器使用。,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,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。
7、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；国内外的研究最早主
8、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
9、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,(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
10、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。,有关结论,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
11、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。,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。,石蜡类相变材料,太
12、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。(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
13、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。,太阳能热泵的应用前景,太阳能热泵 供暖系统,01,太阳能与热泵 联合干燥,02,太阳能热泵 中央热水系统,03,太阳能一空气源热泵系统,04,太阳能热泵的主要应用,简单分类,双热源热泵,联合运行式（新型）,可切换式（传统式）,复合式换热器,并联式换热器,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
14、阳辐射状况和室外空气环境,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,运行稳定性,结构与成本,效率和性能,联合式为双热源有机融合同时供热，受外界影响较小,从管路来说联合式相对更复杂一些，安装成本相对较大,满足不同工况下的供热要求，提高了工作效率，降低了能耗,联合式相比可切换式有如下优势：,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
15、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=CMt式中：C水的比热=1Kcal/KgM被加热水量（Kg）t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/KG8000KG（60-15）=360000Kcal,三、采用电加热所需费用耗电量：m=Q860式中：m耗电量（度）电加热效率（0.97%）860电等价热值（大卡/度）每天耗电量m=3600008600.97=406度。电价格平均每度以0.70元计算。每天所
16、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耗电量：m=Q860式中：m耗电量（度）电加热效率（400%）860电等价热值（大卡/度）每天耗电量m=3600008604=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,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
17、足使用要求，所需总热量为：Q吸=1K cal/KG8000KG（60-20）=320000Kcal。同理所耗电量m=3200008604=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元从上面这几个不同的热水系统的分析对比可以看出，采用太阳能配空气能热泵相结合的热水系统是最节能的。虽然前期投资稍微大一点，但后期的运行成本相比要低很多，这样，我们在太阳能热水系统工程的使用期内基本就可收回成本的了。再加上太阳能与空气能热泵都是节能环保产品，并且还不需要人工干预，还有国家政策的扶持，您还有什么需要考虑的？,P
18、art,3,性能分析,影响制热系数的因素,双热源复合温差,复合温差的影响因素,制热量的影响因素,影响制热系数的因素,系统结构,传热损失与压缩机做工损失,运行模式,联合式高于可切换式,双热源温差,影响COP值最重要的因素,制热系数,双热源复合温差,有效,两种低温热源同时向热泵提供热量的温度差值,最大有效,两种热源同时向热泵系统提供热量时允许存在的最大温度差值,双热源复合,正效应,负效应,温差,两种低温热源如太阳能热水（乙二醇水溶液）和室外空气，这两种热源的温度差值,双热源最大有效复合温差的影响因素,即两种热源同时向热泵系统提供热量时允许存在的最大温度差值。当双热源的温差小于最大有效复合温差值时则
19、处于“双热源有效复合温差范围”，在有效复合换热温差范围内，双热源将同时向热泵系统进行同步复合供热，也称为“双热源复合正效应”；当双热源的温差超过最大有效复合换热温差值时，将产生“双热源复合负效应”。因此，在太阳能空气双热源复合热泵的设计与运行中，应根据室外低温空气热源的温度和所确定的太阳能热水流量，合理选择太阳能热水进口温度，以保证双热源复合热泵再有效复合温差范围内工作。,双热源最大有效复合温差的影响因素,随太阳能热水流量的减小而增大,太阳能热水流量减小造成水侧换热效果显著减弱,随室外空气温度的升高而略有减小,空气源温度升高造成空气比容增大，空气质量流量相对有所减小,总结,应根据室外低温空气热
20、源的温度和所确定的太阳能热水流量，合理选择太阳能热水进口温度，以保证双热源复合热泵始终工作在有效复合温差范围内,制热量的影响因素,多少,提高幅度,有效温差,制热量,空气温降,单一空气源热泵制热量随工况变化,双热源复合热泵制热量随工况变化,双热源有效复合温差对热泵系统能效比的影响,单一空气源热泵能效比随工况变化,双热源复合热泵能效比随工况变化,双热源复合热泵系统制热量随双热源有效复合温差的增大而逐渐增大，主要是太阳能热水的换热量所占比例逐渐增大所致；双热源复合热泵系统制热量提高幅度随室外低温空气热源温度的降低明显增大：当室外低温空气热源温度在7的额定高温制热工况，双热源温差达到最大复合温差5.7
21、时，双热源复合热泵系统制热量可达单一空气源热泵的1.2倍左右；在室外低温空气热源温度达到-15，双热源温差达到最大复合温差8时，双热源复合热泵系统制热量可达到单一空气源热泵的1.5倍。因此，双热源复合热泵系统制热量和能效比明显高于单一空气源热泵的制热量。,Part,4,评价与应用,制约因素,优势,应用实例,发展前景,制约因素,技术条件不够完善,目前处于理论研究和试验阶段，有许多需要克服的问题,技术条件不够完善,成本高,外界因素限制,成本高,整个系统较为复杂，占用较多空间，装置成本相对较高,外界因素限制,仍然存在一定的地域性限制，环境限制,优势,高稳定性,突破传统,高性能,环保节能,发展前景广阔
22、,太阳能和空气能双热源有机结合，提高运行稳定性,既充分利用太阳能提高了COP，又克服了对太阳辐射过度依赖,可以满足不同工况下的供热要求，有着较高的环境，社会和经济效益,充分利用了太阳能和空气能绿色能源，全年提供热水，满足生活需求,突破了风冷热泵系统低温环境下运行效率低，或无法运行的缺陷,发展前景,太阳能-空气双热源复合热泵将风冷热泵技术和太阳能热水技术有机结合，突破了风冷热泵系统低温环境下运行效率低或无法运行的缺陷，提高系统性能系数和工作的稳定性，充分利用太阳能和空气能等绿色新能源，可以全年提供高品质生活热水，真正使热水即开即用，充分满足人们生活的需求，环保节能。因此，太阳能-空气双热源复合热泵是未来热泵系统的发展趋势！,
