太阳能热泵热水器的分类及工作原理

　　太阳能利用技术与热泵技术的结合非常灵活，系统形式也多种多样，一般可分为太阳能驱动热泵(solarpoweredheatpump，缩写sphp)和太阳能辅助热泵(solarassistedoraidedheadpump，sahp)两大类。
　　
　　太阳能驱动热泵主要是指以太阳能光电或热电驱动的压缩式热泵以及以太阳辐射热能直接驱动的吸收式、吸附式、喷射式和化学热泵等。这类热泵大多以实现太阳能制冷空调为主要目的，一般对太阳能集热温度要求较高，而且普遍存在体积大、成本高、效率低等问题。
　　
　　太阳能辅助热泵通常是指作为太阳能热利用系统辅助装置的热泵系统，包括独立辅助热泵和以太阳辐射热能作为蒸发器热源的热泵。这类热泵多数以供热为主，涉及建筑采暖、生活热水供应以及工业用热等应用领域，对太阳能集热温度要求不高，而且具有灵活多样的系统形式、合理的经济技术性能和良好的商业实用化前景。
　　
　　根据集热介质的不同，太阳能辅助热泵一般可分为直膨式（direct-expan-sionsolarassistedheatpump，dx-sahp)和非直膨式两大类。在直膨式系统中，制冷剂作为太阳能集热介质直接在太阳能集热/蒸发器中吸热蒸发，然后通过热泵循环将冷凝热释放给被加热物体。除太阳能集热/蒸发器外，直膨式系统的其余部件（如压缩机、冷凝器和膨胀阀）与常规的制冷/热泵系统完全相同，因而极具小型化和商品化的发展潜力。由于太阳能集热器与热泵蒸发器在结构和功能上都合二为一，使得太阳能集热温度与制冷剂蒸发温度始终保持相对应，也就是说，集热温度可以处于一个较低的温度范围内。这种结构的优势在于集热效率非常高，甚至采用廉价的裸板集热器也可以获得较好的集热性能，因而集热成本非常低。与此同时，随着制冷剂蒸发温度的提高，热泵机组性能也将得到很大改善，然而这种改善将受到太阳辐射条件的限制。由于太阳能辐射条件受地理纬度、季节转换、昼夜更替及各种复杂气象因素的影响而随时处于变化中，而工况的不稳定必将导致系统性能的波动，因此，如何保证系统的高效稳定运行已成为直膨式系统达到实用化目标所必须解决的难题之一。
　　
　　在非直膨式系统中，太阳能集热介质通常采用水、空气或防冻溶液等流体，使它们在太阳能集热器中吸收热量，然后将此热量直接传递给加热对象或作为蒸发器热源经热泵循环升温后再加热物体。根据太阳能集热循环与热泵循环的不同连接形式，非直膨式太阳能辅助热泵又可分为串联式、并联式和双热源式三种基本形式。串联式是指太阳能集热循环与热泵循环通过蒸发器加以串联，蒸发器热源全部来自集热循环所吸收的热量；并联式是指太阳能集热循环与热泵循环彼此独立，后者仅作为前者不能满足供热需求时的辅助热源；双热源式与串联式基本相同，只是热泵循环中包括了两个蒸发器，可同时利用包括太阳能在内的两种低温热源或二者互为补充。在实际应用中，串联式和双热源式也可作为太阳能直接供热系统的辅助装置，实现多工况切换和运行。非直膨式系统的 大优点是：在太阳能辐射条件比较好的情况下，可以直接利用冷凝后的液体制冷剂经贮液器10、干燥过滤器4和热力膨胀阀5又流回太阳能集热/蒸发器1中重新吸热、蒸发。周而复始，直到贮热水箱2中的热水达到恒温控制器11设定的温度，压缩机8才在恒温控制器11的作用下自动停机。压力控制器9则在压缩机吸气压力过低或排气压力过高的异常情况下，自动切断压缩机电源实施保护。

　　与常规的太阳能热水器相比较，直膨式太阳能辅助热泵热水器具有以下三个显着特点。
　　
　　(1)常规太阳能热水器通常是直接利用水在太阳能集热器内的单相流动来吸收太阳辐射热能。直膨式太阳能辅助热泵热水器则是利用制冷剂在太阳能集热/蒸发器中的两相流动来吸收周围环境中的各种热量，并通过热泵循环将热量传递给水。
　　
　　(2)常规太阳能热水器的工作温度高于环境温度，集热器散热损失较大，而直膨式太阳能辅助热泵热水器的工作温度与制冷剂的蒸发温度一致，通常情况下可低于环境温度。
　　
　　(3)在太阳辐射条件较好的情况下，常规的太阳能热水器一般不耗能（自然循环式）或仅消耗极少量的泵功（强迫循环式）。直膨式太阳能辅助热泵热水器一定要用电，但压缩机耗电仅用于驱动热泵循环，使得系统从太阳能（和空气）低温热源吸收热量，排放出的高温冷凝热则用于加热水，其热量等于低温热源吸收热量和热泵压缩机耗功，因而每消耗一份电量往往可以得到2～6份的热量。

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