浅谈太阳能热泵技术新能源结课论文.pptx

2024/4/10 周三一、引言一、引言二、热泵的基本原理二、热泵的基本原理三、太阳能热泵技术原理及特点三、太阳能热泵技术原理及特点四、太阳能热泵与建筑结合的应用四、太阳能热泵与建筑结合的应用五、太阳能热泵技术存在的问题五、太阳能热泵技术存在的问题六、结束语六、结束语浅谈太阳能热泵技术2024/4/10 周三当前，经济的不断发展与能源供应的相对紧张成为我国社会与经济发展的一大矛盾。建筑物对于水、电、油等能源的消耗是巨大的，据统计目前建筑能耗已占到社会总能耗的30%，在建筑能耗中主要是建筑设备运行能耗，约占总能耗的25%，而空调能耗是建筑设备能耗中受关注的重点。因此空调节能是缓解能源紧张、解决社会经济发展与能源供应不足矛盾的最有效措施之一。热泵技术是一种很好的节能型空调制冷供热技术，但随着人们对获取生活用热水的要求日趋提 高，具有间断性特点的太阳能难以满足全天候供热。要解决这一问题，热泵技术与太阳能利用相结合无疑是一种好的选择方法。一、引言一、引言2024/4/10 周三热泵是一个反向使用的制冷机，利用制冷机的冷凝热泵是一个反向使用的制冷机，利用制冷机的冷凝器来供热，用制冷机来供热实质上是以消耗一部分器来供热，用制冷机来供热实质上是以消耗一部分功作补偿条件，把热量从低温转移到高温处。它的功作补偿条件，把热量从低温转移到高温处。它的工作像水泵一样，把水从低水位输送到高水位处。工作像水泵一样，把水从低水位输送到高水位处。因此把这种供热的制冷机叫作热泵，热泵系统的工因此把这种供热的制冷机叫作热泵，热泵系统的工作原理如下图所示。作原理如下图所示。二、热泵的基本原理二、热泵的基本原理2024/4/10 周三二、热泵的基本原理二、热泵的基本原理2024/4/10 周三蒸发器吸热后，其工质的高温低压过热气体在蒸发器吸热后，其工质的高温低压过热气体在 压缩压缩机中经过绝热压缩变为高温高压的气体后，经冷凝机中经过绝热压缩变为高温高压的气体后，经冷凝器定压冷凝为低温高压的液体（放出工质的气化热器定压冷凝为低温高压的液体（放出工质的气化热等，与冷凝水进行热交换，使冷凝水被加热为热水等，与冷凝水进行热交换，使冷凝水被加热为热水供用户使供用户使 用），液态工质再经降压阀绝热节流后变用），液态工质再经降压阀绝热节流后变为低温低压液体，进入蒸发器定压吸收热源热量，为低温低压液体，进入蒸发器定压吸收热源热量，并蒸发变为过热蒸气完成一个循环过程。如此循环并蒸发变为过热蒸气完成一个循环过程。如此循环往复，不断地将热源的热能传递给冷凝水。往复，不断地将热源的热能传递给冷凝水。2024/4/10 周三热泵循环就是制冷循环，但两者的工作温度区间不热泵循环就是制冷循环，但两者的工作温度区间不同。制冷循环在环境温度同。制冷循环在环境温度TaTa和被冷却物温度和被冷却物温度TrTr之间之间工作，制冷机向作为高温热源的环境介质排热，而工作，制冷机向作为高温热源的环境介质排热，而从作为低温热源的被冷却物中吸热，以维持被冷却从作为低温热源的被冷却物中吸热，以维持被冷却物温度低于环境温度；而热泵循环在被加热物体温物温度低于环境温度；而热泵循环在被加热物体温度度ThTh和环境温度和环境温度TaTa之间工作，热泵从作为低温热源之间工作，热泵从作为低温热源的环境介质中吸热，而向作为高温热源的被加热物的环境介质中吸热，而向作为高温热源的被加热物体供热，以维持其温度高于环境温度。在制冷循环体供热，以维持其温度高于环境温度。在制冷循环中，我们用制冷系数来衡量制冷循环的性能优劣；中，我们用制冷系数来衡量制冷循环的性能优劣；而在热泵循环中，则用制热性能系数来衡量热泵循而在热泵循环中，则用制热性能系数来衡量热泵循环性能的优劣。环性能的优劣。2024/4/10 周三根据热力学第一定律，有：根据热力学第一定律，有：Qg=Qd+WQg=Qd+W，根据热力学第二定律，压缩机所消耗的，根据热力学第二定律，压缩机所消耗的电功电功WW起到补偿作用，使得制冷剂能够不断地从低起到补偿作用，使得制冷剂能够不断地从低温环境吸热（温环境吸热（QdQd），并向高温环境放热（），并向高温环境放热（QgQg），周），周而复始地进行循环。热泵制热性能系数而复始地进行循环。热泵制热性能系数(h h)定义定义为：为：h h=Qg/W=Qg/W=（Qd+WQd+W）/W=1+Qd/W=1+/W=1+Qd/W=1+由此可见，热泵由此可见，热泵 h h永远大于永远大于1 1。因此，热泵是一。因此，热泵是一种高效节能装置，也是制冷空调领域内实施建筑节种高效节能装置，也是制冷空调领域内实施建筑节能的重要途径。能的重要途径。2024/4/10 周三二、太阳能热泵技术原理及特点二、太阳能热泵技术原理及特点太阳能热泵一般是指利用太阳能作为蒸发器热源太阳能热泵一般是指利用太阳能作为蒸发器热源的热泵系统，区别于以太阳能光电或热能发电驱的热泵系统，区别于以太阳能光电或热能发电驱动的热泵机组。它把热泵技术和太阳能热利用技动的热泵机组。它把热泵技术和太阳能热利用技术有机的结合起来，可同时提高太阳能集热器效术有机的结合起来，可同时提高太阳能集热器效率和热泵系统性能。集热器吸收的热量作为热泵率和热泵系统性能。集热器吸收的热量作为热泵的低温热源，在阴雨天，直膨式太阳能热泵转变的低温热源，在阴雨天，直膨式太阳能热泵转变为空气源热泵，非直膨式太阳能热泵作为加热系为空气源热泵，非直膨式太阳能热泵作为加热系统的辅助热源。因此，它可全天候工作，提供热统的辅助热源。因此，它可全天候工作，提供热水或热量。水或热量。2024/4/10 周三太阳能热泵的分类太阳能热泵的分类根据太阳集热器与热泵蒸发器的组合形式，可分为根据太阳集热器与热泵蒸发器的组合形式，可分为直膨式和非直膨式。直膨式和非直膨式。直膨式系统直膨式系统太阳集热器与热泵蒸发器合二为一，太阳集热器与热泵蒸发器合二为一，即制冷工质直接在太阳集热器中吸收太阳辐射能即制冷工质直接在太阳集热器中吸收太阳辐射能而得到蒸发。而得到蒸发。非直膨式系统非直膨式系统太阳集热器与热泵蒸发器分立，太阳集热器与热泵蒸发器分立，通过集热介质（一般采用水、空气、防冻溶液）通过集热介质（一般采用水、空气、防冻溶液）在集热器中吸收太阳能，并在蒸发器中将热量传在集热器中吸收太阳能，并在蒸发器中将热量传递给制冷剂，或者直接通过换热器将热量传递给递给制冷剂，或者直接通过换热器将热量传递给需要预热的空气或水。需要预热的空气或水。2024/4/10 周三根据太阳能集热环路与热泵循环的连接形式，非直膨根据太阳能集热环路与热泵循环的连接形式，非直膨式系统又可进一步分为串联式、并联式和双热源式。式系统又可进一步分为串联式、并联式和双热源式。串联式串联式集热环路与热泵循环通过蒸发器加以串联、集热环路与热泵循环通过蒸发器加以串联、蒸发器的热源全部来自于太阳能集热环路吸收的热蒸发器的热源全部来自于太阳能集热环路吸收的热量；量；并联式并联式太阳能集热环路与热泵循环彼此独立，前太阳能集热环路与热泵循环彼此独立，前者一般用于预热后者的加热对象，或者后者作为前者一般用于预热后者的加热对象，或者后者作为前者的辅助热源；者的辅助热源；双热源式与串联式基本相同，只是蒸发器可同时利用双热源式与串联式基本相同，只是蒸发器可同时利用包括太阳能在内的两种低温热源。包括太阳能在内的两种低温热源。2024/4/10 周三（a）直膨式；（b）串联式；（c）并联式；（d）双热源式 2024/4/10 周三太阳能热泵的技术特点太阳能热泵的技术特点 太阳能热泵具有以下几个方面的技术特点：太阳能热泵具有以下几个方面的技术特点：1 1）可以采用结构简易的集热器，集热成本非常低。）可以采用结构简易的集热器，集热成本非常低。2 2）系统结构紧凑，布置灵活。）系统结构紧凑，布置灵活。3 3）供热性能系数高（可达到）供热性能系数高（可达到4 4级以上），且供热性级以上），且供热性能受室外气温下降的影响较小。能受室外气温下降的影响较小。4 4）应用范围广泛，不受当地水源条件和地质条件）应用范围广泛，不受当地水源条件和地质条件的限制，对自然生存环境影响小。的限制，对自然生存环境影响小。5 5）可一机多用，即冬季可供暖，夏季可制冷，全）可一机多用，即冬季可供暖，夏季可制冷，全年可提供生活热水。年可提供生活热水。6 6）高效节能、安装方便、全天候，其造价与空气）高效节能、安装方便、全天候，其造价与空气源热泵热水器相当，性能更优越。源热泵热水器相当，性能更优越。2024/4/10 周三三、太阳能热泵与建筑结合的应用三、太阳能热泵与建筑结合的应用近年来，随着太阳能事业的发展和建筑节能的近年来，随着太阳能事业的发展和建筑节能的要求，随着城市的发展和人民生活水平的提高，要求，随着城市的发展和人民生活水平的提高，“太阳能与建筑一体化太阳能与建筑一体化”和和“全天候供热全天候供热”已已成为我国太阳能热利用的重要议题。成为我国太阳能热利用的重要议题。“太阳能太阳能与建筑一体化与建筑一体化”就是把太阳能产品作为建筑部就是把太阳能产品作为建筑部件安装，使其有机结合起来，符合建筑美学要件安装，使其有机结合起来，符合建筑美学要求，并尽可能地利用太阳能等新能源替求，并尽可能地利用太阳能等新能源替 代常规代常规能源以减少建筑能耗对常规能源的依赖，降低能源以减少建筑能耗对常规能源的依赖，降低建筑能耗占我国总能耗的比例，并提高常规能建筑能耗占我国总能耗的比例，并提高常规能源利用率。源利用率。2024/4/10 周三由于太阳能热泵具有集热效率高、供热性能系由于太阳能热泵具有集热效率高、供热性能系数高、形式多样、布置灵活、一机多用、应用数高、形式多样、布置灵活、一机多用、应用范围广等优点，能较好地满足范围广等优点，能较好地满足“太阳能与建筑太阳能与建筑一体化一体化”的要求。由于太阳能具有低密度、间的要求。由于太阳能具有低密度、间歇性和不稳定性等缺点，常规的太阳歇性和不稳定性等缺点，常规的太阳 能供热系能供热系统很难满足统很难满足“全天候全天候”的要求，为满足的要求，为满足“全天全天候候”的要求，常规方法是采用电加热或燃气加的要求，常规方法是采用电加热或燃气加热为辅助热源，但容易引发安全问题，且消耗热为辅助热源，但容易引发安全问题，且消耗了大量优质能源，而采用太阳能供热系统就能了大量优质能源，而采用太阳能供热系统就能较好地解决较好地解决“全天候全天候”的问题。目前，我国太的问题。目前，我国太阳能热泵主要应在公共建筑物上，例如，北京阳能热泵主要应在公共建筑物上，例如，北京奥运村和奥运场馆的生活热水和加热的能量都奥运村和奥运场馆的生活热水和加热的能量都采用太阳能热泵供热系统。采用太阳能热泵供热系统。2024/4/10 周三四、太阳能热泵技术存在的问题四、太阳能热泵技术存在的问题我国太阳能热泵的发展和应用还存在着一些问题：我国太阳能热泵的发展和应用还存在着一些问题：1 1）投资经济性。）投资经济性。2 2）性能可靠性。）性能可靠性。3 3）公众对这一技术缺乏足够的了解和认识。）公众对这一技术缺乏足够的了解和认识。2024/4/10 周三太阳能是地球上一切能的主要来源，是无穷无尽太阳能是地球上一切能的主要来源，是无穷无尽无公害的洁净能源，也是无公害的洁净能源，也是2121世纪人类最有希望的能世纪人类最有希望的能源。我国地域辽阔，年日照时间大于源。我国地域辽阔，年日照时间大于2000h2000h的地区的地区约占全国约占全国 国土面积的国土面积的2/32/3，处于利用太阳能较有利，处于利用太阳能较有利的区域内。太阳能热泵技术是太阳能热利用技术的区域内。太阳能热泵技术是太阳能热利用技术和热泵技术有机的结合，具有集热效率高、供热和热泵技术有机的结合，具有集热效率高、供热性能系数高、形式多样、布置灵活、一机多用、性能系数高、形式多样、布置灵活、一机多用、应用范围广等优点，能较好地解决应用范围广等优点，能较好地解决 “太阳能与建太阳能与建筑一体化筑一体化”和和“全天候全天候”的问题。太阳能热泵技的问题。太阳能热泵技术将在太阳能利用中占有重要地位，有着广阔的术将在太阳能利用中占有重要地位，有着广阔的发展前景。发展前景。结束语结束语2024/4/10 周三 谢谢！