热泵太阳能采暖系统

三、热泵太阳能采暖系统

1.热泵的基本概念

热泵是一种反向使用的制冷机。它的热能大部分是来自周围环境，只有一部分是由电能转变而成。以花费少量电能作为代价，将低温环境的热能转移到温度较高的环境中。就像水泵以机械功为代价将低处的水送到高处一样，因此称为热泵。热泵的构造和制冷机完全一样。同一台机器，如果目的是用来制冷，那么就叫做制冷机；如果目的是用来供热，就叫做热泵。如图7-44所示，制冷介质通过压缩机而升压和升温。进入冷凝器将热量放出，高压气体凝结成高压液体。然后通过节流阀，成为低压液体进入蒸发器，液体吸收热量迅速蒸发成为低压气体，再进入压缩机形成周而复始的循环。这种逆卡诺循环，可从低温处吸热，而在温度较高的地方放热。例如，应用于房屋采暖时，将蒸发器部分放在室外，冷凝器部分放在室内。采暖季开动压缩机就可将户外（低温区）的热量转移到室内（高温区）。

图7-44　热泵工作原理图

1-压缩机；2-蒸发器；3-热输入（低温热源）；4-节流阀；5-高压液体；6-热输出

热泵性能的好坏以消耗每单位机械功对高温区所能供给的热量为衡量，的性能系数可用下式表示：

在理想循环（卡诺循环）中，此性能系数与温度差成反比

式中，T为高温区的温度，K；T为低温区的温度，K。

实际循环（朗肯循环）给出的数值，将是上述数值的0.8倍与各部件的效率的乘积，因此还要减小。例如：驱动压缩机的电动机η=0.95,压缩机η=0.8,换热器η=0.9，则总效率η总=0.8×0.95×0.8×0.9=0.55。

因此，假设热量从10℃（283K）的热源传给40℃（313K）的冷源，则得到的性能系数为=0.55×=5.74。也就是说，当压缩机的电动机消耗l千瓦时，可以得到5.74千瓦的传递热量。目前，热泵一般的性能系数是在3~6。

2.太阳能热泵采暖系统

太阳能热泵采暖系统是利用集热器进行太阳能低温集热（10~20℃），然后通过热泵，将热量传递到温度为30~ 50℃的采暖热媒中去。冬季太阳辐照量较小，环境温度很低，集热器中流体温度一般为10~20℃，直接用于采暖是不可能的。使用热泵则可以直接收集太阳能进行采暖。将太阳集热器作为热泵系统中的蒸发器，换热器作为冷凝器。这样，就可以得到较高温度的采暖热媒。这种采暖系统叫做直接式太阳能热泵，如图7-45所示。另一种系统是由太阳能集热器与热泵联台组成的叫做间接式太阳能热泵，如图7-46所示。

图7-45　直接式太阳能热泵

图7-46　间接式太阳能热泵

太阳能热泵采暖系统主要特点是花费少量电能就可以得到几倍于电能的热量。同时，可以有效地利用低温热源，减少集热面积。这是太阳能采暖的一种有效手段。若与夏季制冷结合，应用于空调，它的优点更为突出。