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理清工作原理 太阳能热泵命名亟待规范

信息来源:nooeoo.com  时间:2010-02-11  浏览次数:127

  从太阳能获得的热能既可以用于驱动热泵系统,也可以作为热泵系统的低温热源,前者可称为太阳能热泵,后者可称为太阳热源热泵。
  近年来,“太阳能热泵”频频出现在公众的视野,那么何为太阳能热泵呢?
  《太阳能供热供暖应用技术手册》给出了如下阐述:“太阳能热泵采暖系统是将太阳能集热器和热泵组合成一个系统,由太阳能为热泵提供所需要的热源,将低品位热能提升为高品位热能,从而为建筑物供热。”这可能是现阶段最具代表性的关于太阳能热泵的表述,但是它并不能涵盖所有的产品。据笔者了解,目前国内市场上与太阳能利用措施结合的制热或制冷系统方案有很多,并不是每一类都符合上述解释。因此,理清不同方案的工作原理,并为每一种方案找到适用的命名很有必要。
  在制冷技术发展史中,将太阳能作为制冷系统热力循环的驱动能源,一直是技术研究的重要课题,具体实现方式既包括太阳能光伏发电系统驱动电动压缩机运行的蒸汽压缩式循环,如日本三洋、夏普开发的太阳能空调等,也包括太阳能热驱动吸收式、吸附式和喷射式循环,如海尔为青岛奥帆中心提供的太阳能空调、远大为天津华苑软件园提供的太阳能空调等。中国国内较早投入运行的验证性系统,是华中工学院1980年研制成功的小型太阳能驱动“氨-水吸收式循环空调制冷装置”。此后,多家大学和科研机构相继组织了研究和开发,一些企业也进行了产品开发和生产。这些空调装置中就不乏具备热泵供热运行功能的产品,但是这些系统的技术特征显然不是“由太阳能为热泵提供所需要的热源”,因此这类系统应该被描述为“以太阳能驱动热泵循环的装置”。
  从热力学角度看,热泵系统是以消耗有用能为代价将温度较低的热能温度提高,使之成为满足使用要求的高温热能。现有的电动热泵、燃气热泵就是以驱动热泵循环的能源类型来命名的,以这种命名方式,利用太阳能驱动热泵循环的系统就可以称为太阳能热泵。但是,市场上常见的还有一种按低温热源类型命名的方式,如空气源热泵、土壤源热泵、水源热泵等,如果按照这种命名方式,以利用太阳能集热器获得的热能作为热泵低温热源的系统,可称为太阳热源热泵。除了按以上两种沿袭多年的方式命名的系统,还有一种系统——太阳能制冷机,也是利用太阳能驱动制冷循环的,而制冷机与热泵之间本就只有应用范围和命名习惯的差异,在一些场合制冷机就是以热泵型制冷机命名的。
  此处,临时插一个话题,近年中国市场上还出现了一种“空气能热泵”。其实就是“空气源热泵”,至于更改名称的主要理由,据说是有人认为空气源热泵取得的环境空气热能是可再生能源,所以要用“空气能”这个名称加以突出。能源的基本特征是可以经过适当的转换过程获得有用能,而无论从技术角度还是法律角度看,环境空气热能都不是可再生能源。由于环境空气热能的有用能恒为零,所以并非能源,更不是可再生能源。环境空气热能是各种能源在不同转换过程中的最终产物,的确是取之不尽的,因此以“能源垃圾”来形容环境空气热能更为恰当。
  驱动热泵循环必须使用有用能,而作为热泵低温热源的热能可以不是能源,这是基于热力学原理的热泵命名规则。从太阳能获得的热能既可以用于驱动热泵系统,也可以作为热泵系统的低温热源,前者可称为太阳能热泵,后者可称为太阳热源热泵,这样既可以避免由于名称重叠造成的混乱,又符合现有的热泵命名习惯。
  需要指出的是,目前不少的“太阳能热泵”对应的英文是solarassistedheatpump,这类装置是太阳能热利用过程以不同的方式与热泵循环过程联合运行,既可以是以热泵过程为主导、可利用太阳能的热泵装置,也可以是以太阳能热利用过程为主导、配备热泵的太阳能热利用装置,当然也包括两个过程兼顾的并联组合。故此,以太阳能-热泵或太阳能组合热泵作为中文译名,更为准确。
  在国内常见的太阳能集热器与电动热泵组合的热水器方案有:方案一,直接膨胀式——将热泵蒸发器作为太阳能集热器;方案二,非直接膨胀串联式——热泵蒸发器在太阳能储热水箱中获得热能;方案三,非直接膨胀并联式——空气源热泵和太阳能热水器共用储热水箱;方案四,非直接膨胀双热源式——在非直接膨胀串联式基础上,热泵系统再并联一个与空气换热的蒸发器。其中符合太阳热源热泵定义的,是方案一和方案二;而方案三的热泵低温热源侧与太阳能集热器无关,并不符合太阳热源热泵定义,该热泵实际上就是空气源热泵,称为空气源热泵辅助太阳能热水器比较合适。方案四则是太阳热源热泵和空气源热泵共用同一个压缩机,称为太阳热源与空气源组合热泵比较合适,这几种方案用太阳能-热泵热水器或太阳能组合热泵热水器来概括可能比较恰当

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