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直膨式太阳能热泵技术应用案例大力发展清洁能源和可再生能源是我国的一项基本国策。近年以传统太阳能集热器为主的热水及供热应用市场份额明显下滑，突破原有太阳能热利用方式，创新太阳能转换新技术和新装置对于太阳能热利用产业发展具有重要意义。

一、背景

将太阳能集热与热泵循环结合，即可充分利用太阳能，又能通过热泵循环吸收空气中的热能，满足连续稳定供热需求。国际能源署太阳能供热制冷委员会主席-法国太阳能专家Daniel Mugnier博士认为“太阳能热泵高效、非常有潜力”。但如何将具有强烈动态特性的太阳能集热与要求运行稳定的热泵循环耦合，是亟需突破的难题。

直膨式太阳能集热/蒸发器是直膨式太阳能热泵系统中的关键部件之一，其性能的优劣直接影响热泵系统性能系数（COP）。用于太阳能热泵的直膨式太阳能集热/蒸发器发展至今主要有三代，第一代管板焊接式，第二代为裸板式，第三代为吹胀式。前两代直膨式太阳能集热/蒸发器存在高传热热阻、低集热效率、均流性差的问题。为有效提高直膨式太阳能集热/蒸发器，提高各项性能指标，是目前开发流道设计优化的第三代吹胀式太阳能集热/蒸发器的第一个难题。此外，由于系统运行过程中太阳辐照不稳定会使得蒸发过程吸热量不同，而导致蒸发压力和温度动态变化。理论上集热温度越高，对应热泵循环效率越高；但集热温度越高，集热器集热效率会降低。因此，如何基于热泵循环状态，直膨式太阳能集热/蒸发器的集热特性，环境参数等进行实时动态调节，将太阳能集热循环与热泵循环合理耦合，实现系统高效、稳定、可靠供热成为直膨式太阳能热泵系统的第二个重大技术难题。直膨式太阳能热泵系统的实施推广，可有效提高系统供热性能，降低二氧化碳排放量，从而实现高效绿色节能的住宅供热，为分布式可再生能源利用奠定基础。

二、应用案例

1.项目概述

直膨式太阳能热泵技术已成功在上海地区应用于养老院、学校、办公楼等，满足用户热水需求，此外，户用直膨式太阳能热泵系统也已进行产业化推广，2017至2019年累计产值达1.49亿元。已上海市某养老院为例，采用大型直膨式太阳能热泵热水系统，满足养老院全年热水需求，屋顶安装近300平米直膨式太阳能集热/蒸发器，供热功率达132kW，且年平均COP可达4.5以上，实现绿色高效低碳的生活热水供应。

2.主要效益

将直膨式太阳能热泵技术实施产业化转变为新产品，合理将太阳能集热与电驱动热泵循环结合，实现高效供热，丰富了太阳能转换利用技术类型，开辟了太阳能新产品新市场，成为增长最快最有潜力的产品之一，为太阳能行业增加就业和节能减排做出了积极贡献。以平均每年销量1万台产品计算年度节能减排情况如下：

1）节电量：1万用户平均每年可节约用电0.15亿度电，减少居民支出0.075亿元。2）节煤量：1万用户平均每年可节约0.185万吨标准煤。3）减排量：1万用户平均每年可减少二氧化碳排放0.5万吨。

三、技术要点

1. 发明了高效均流低阻的太阳能集热/蒸发器。

独创了六边形与棋盘型流道结构耦合的优化流道设计。该吹胀式太阳能集热/蒸发器可以有效提高集热效率，使得板内流体分布更加均匀，且降低板内流体流动阻力。将其应用于太阳能直膨式热泵，可实现高效、稳定、可靠的供热过程。在辐照条件良好和较低环境温度的情况下，该系统COP可达6.0，是一种高效节能、绿色环保的供热设备。

2. 揭示了集热循环和热泵循环耦合规律，发明了直膨式太阳能热泵动态高效运行控制方法，提出了系统动态调节控制逻辑和运行策略。

该技术重点结合太阳能集热和热泵循环的运行要求，根据集热循环与热泵循环的合理温度和热量要求选择切入点，研究了合理的太阳能集热循环方式和动态调节措施，发明了直膨式太阳能热泵动态高效运行控制方法，提出了系统动态调节控制逻辑和运行策略，系统可根据环境条件判断加热模式并实时调节热泵循环状态，使得太阳能热泵循环始终保持高效运行。

3. 形成了直膨式太阳能热泵热水系统的相关标准，推动产业发展和产品的规模化应用。

在直膨式太阳能热泵应用领域，近年来一直没有相关规范和标准，因此在系统设计、匹配、制造、应用和推广方便造成了一定的困难。据此制定的标准填补了国内空白，不仅从行业内提出直膨式太阳能热泵系统的规范和要求，也根据环境特点、资源条件，针对太阳能与空气源热泵热水系统建筑结合应用，以及整个系统的运行、管理等内容提出了要求。

四、应用前景

依据国家双碳政策，各省市也提出了相应的节能减碳的方案，以上海市为例，《上海市国民经济和社会发展第十四个五年规划和二〇三五年远景目标纲要》提出实施能源消费总量和强度双控，确保在2025年前实现碳排放达峰。到2025年本地可再生能源（太阳能等）占全社会用电量比重提高到8%左右。因此该产品在全国各地均有应用价值如小区、养老院、学生宿舍、体育中心等多场合进行应用。为用户带来环保、节能、稳定的用户使用体验的同时，也创造了新的增量市场，实现了用户、企业和社会的多方共赢。该技术的有效推广积极响应双碳政策，实现低碳绿色节能发展，取得建筑的节能和经济效益。