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从“热水”到“热能” 谈太阳能热泵技术

来源:常州海卡太阳能热泵有限 时间:2015-02-05 20:41 点击:作者:蔡志波

1.太阳能热泵热水器技术简介

      太阳能热泵热水机组是指将热泵和太阳能热水器相结合的一种装置,在太阳辐射不足时,采用热泵系统制取热水,既能保证供热的稳定,又具有相对较高的制热效率,节能效果显著。太阳能热水器与热泵的结合主要有直接膨胀式和间接膨胀式两种,直接膨胀式太阳能热泵的集热器直接作为热泵系统的蒸发器,制冷剂直接吸收太阳能辐射能蒸发;间接膨胀式太阳能热泵的集热器与热泵蒸发器分开,制冷剂从集热器获得的热水中吸收热量蒸发。
      直接膨胀式太阳能热泵结构紧凑,并且由于制冷剂吸热蒸发,集热板芯温度相对不高且分布均匀,集热效率能始终保持在较高水平,所需太阳能集热器面积大大缩小;另外,所选制冷剂冰点温度为-100℃以下,彻底解决了平板型太阳能集热器的防冻问题;是实现平板型太阳能热泵热水机组的最佳技术途径。
但太阳能平板集热器的集热效率受太阳辐射强度和环境温度的影响很大,其中太阳辐射强度受气候(如冬夏两季)、环境(如间阴间晴)以及太阳能入射角的影响很大且极不稳定。使得太阳能集热器作为热泵的直接蒸发器承受巨大的考验,平板太阳能集热器的闷晒温度高达130℃以上,蒸发温度及压力的范围将变得很宽,现有热泵系统根本无法适应这些复杂多变的工况。

2. 太阳能热泵热水器工作原理

 将平板太阳能集热板中的集热板芯与热泵蒸发器制成一体形成管翼式集热蒸发器,将热泵的冷凝器制成盘管的形式置于储热水箱内部。系统由集热蒸发器、盘管冷凝器、压缩机、热力膨胀阀、干燥过滤器、储液器、电磁阀、控制器组成。热泵工质采用制冷剂,抽真空注入。
阳光透过玻璃盖板照射到管翼式吸热蒸发板芯上,此时吸热翅片上太阳能选择性吸收涂层吸收太阳能辐射能并转化为热能,完成太阳能的吸收并转换成热能,同时将热量传递给蒸发换热管内部的制冷剂工质,使之由液态吸热变成气态;在太阳能集热蒸发器进口热力膨胀阀的作用下,气态制冷剂保持一定的过热度进入压缩机,经过压缩机压缩,形成高温高压制冷剂蒸汽,进入设置在储热水箱中的盘管式冷凝器,由汽态放热冷凝成液态;制冷剂工质冷凝放出的热量加热储水箱中的冷水;液态制冷剂工质在压力作用下经储液器、干燥过滤器、进入热力膨胀阀节流膨胀,降压降温进入太阳能集热蒸发器,再次吸收自管翼式吸热蒸发板芯转换的太阳能而进入下一个热量传输循环。

 
 
 
 

3、太阳能热泵热水器经济性能分析

 生活用热水每天200L,水温平均从温度20℃加热到55℃
300L热水设备运行费用分析
热水器类型 热源 平均热效率 热源单价 日运行费 年运行费
电热水器 95% 0.52元/度 7.64 2788
燃气热水器 天然气 80% 2.94元/M3 5.8 2118
太阳能+电辅助 电+太阳能 1/3电辅 0.52元/度 2.55 929
空气源热泵 300% 0.52元/度 2.42 883
太阳能热泵 电+太阳能 600% 0.52元/度 1.21 441
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