直膨式太陽能熱泵技術應用案例檢視原始碼討論檢視歷史

來自 搜狐網 的圖片

直膨式太陽能熱泵技術應用案例大力發展清潔能源和可再生能源是我國的一項基本國策。近年以傳統太陽能集熱器為主的熱水及供熱應用市場份額明顯下滑，突破原有太陽能熱利用方式，創新太陽能轉換新技術和新裝置對於太陽能熱利用產業發展具有重要意義。

一、背景

將太陽能集熱與熱泵循環結合，即可充分利用太陽能，又能通過熱泵循環吸收空氣中的熱能，滿足連續穩定供熱需求。國際能源署太陽能供熱製冷委員會主席-法國太陽能專家Daniel Mugnier博士認為「太陽能熱泵高效、非常有潛力」。但如何將具有強烈動態特性的太陽能集熱與要求運行穩定的熱泵循環耦合，是亟需突破的難題。

直膨式太陽能集熱/蒸發器是直膨式太陽能熱泵系統中的關鍵部件之一，其性能的優劣直接影響熱泵系統性能係數（COP）。用於太陽能熱泵的直膨式太陽能集熱/蒸發器發展至今主要有三代，第一代管板焊接式，第二代為裸板式，第三代為吹脹式。前兩代直膨式太陽能集熱/蒸發器存在高傳熱熱阻、低集熱效率、均流性差的問題。為有效提高直膨式太陽能集熱/蒸發器，提高各項性能指標，是目前開發流道設計優化的第三代吹脹式太陽能集熱/蒸發器的第一個難題。此外，由於系統運行過程中太陽輻照不穩定會使得蒸發過程吸熱量不同，而導致蒸發壓力和溫度動態變化。理論上集熱溫度越高，對應熱泵循環效率越高；但集熱溫度越高，集熱器集熱效率會降低。因此，如何基於熱泵循環狀態，直膨式太陽能集熱/蒸發器的集熱特性，環境參數等進行實時動態調節，將太陽能集熱循環與熱泵循環合理耦合，實現系統高效、穩定、可靠供熱成為直膨式太陽能熱泵系統的第二個重大技術難題。直膨式太陽能熱泵系統的實施推廣，可有效提高系統供熱性能，降低二氧化碳排放量，從而實現高效綠色節能的住宅供熱，為分布式可再生能源利用奠定基礎。

二、應用案例

1.項目概述

直膨式太陽能熱泵技術已成功在上海地區應用於養老院、學校、辦公樓等，滿足用戶熱水需求，此外，戶用直膨式太陽能熱泵系統也已進行產業化推廣，2017至2019年累計產值達1.49億元。已上海市某養老院為例，採用大型直膨式太陽能熱泵熱水系統，滿足養老院全年熱水需求，屋頂安裝近300平米直膨式太陽能集熱/蒸發器，供熱功率達132kW，且年平均COP可達4.5以上，實現綠色高效低碳的生活熱水供應。

2.主要效益

將直膨式太陽能熱泵技術實施產業化轉變為新產品，合理將太陽能集熱與電驅動熱泵循環結合，實現高效供熱，豐富了太陽能轉換利用技術類型，開闢了太陽能新產品新市場，成為增長最快最有潛力的產品之一，為太陽能行業增加就業和節能減排做出了積極貢獻。以平均每年銷量1萬台產品計算年度節能減排情況如下：

1）節電量：1萬用戶平均每年可節約用電0.15億度電，減少居民支出0.075億元。2）節煤量：1萬用戶平均每年可節約0.185萬噸標準煤。3）減排量：1萬用戶平均每年可減少二氧化碳排放0.5萬噸。

三、技術要點

1. 發明了高效均流低阻的太陽能集熱/蒸發器。

獨創了六邊形與棋盤型流道結構耦合的優化流道設計。該吹脹式太陽能集熱/蒸發器可以有效提高集熱效率，使得板內流體分布更加均勻，且降低板內流體流動阻力。將其應用於太陽能直膨式熱泵，可實現高效、穩定、可靠的供熱過程。在輻照條件良好和較低環境溫度的情況下，該系統COP可達6.0，是一種高效節能、綠色環保的供熱設備。

2. 揭示了集熱循環和熱泵循環耦合規律，發明了直膨式太陽能熱泵動態高效運行控制方法，提出了系統動態調節控制邏輯和運行策略。

該技術重點結合太陽能集熱和熱泵循環的運行要求，根據集熱循環與熱泵循環的合理溫度和熱量要求選擇切入點，研究了合理的太陽能集熱循環方式和動態調節措施，發明了直膨式太陽能熱泵動態高效運行控制方法，提出了系統動態調節控制邏輯和運行策略，系統可根據環境條件判斷加熱模式並實時調節熱泵循環狀態，使得太陽能熱泵循環始終保持高效運行。

3. 形成了直膨式太陽能熱泵熱水系統的相關標準，推動產業發展和產品的規模化應用。

在直膨式太陽能熱泵應用領域，近年來一直沒有相關規範和標準，因此在系統設計、匹配、製造、應用和推廣方便造成了一定的困難。據此制定的標準填補了國內空白，不僅從行業內提出直膨式太陽能熱泵系統的規範和要求，也根據環境特點、資源條件，針對太陽能與空氣源熱泵熱水系統建築結合應用，以及整個系統的運行、管理等內容提出了要求。

四、應用前景

依據國家雙碳政策，各省市也提出了相應的節能減碳的方案，以上海市為例，《上海市國民經濟和社會發展第十四個五年規劃和二〇三五年遠景目標綱要》提出實施能源消費總量和強度雙控，確保在2025年前實現碳排放達峰。到2025年本地可再生能源（太陽能等）占全社會用電量比重提高到8%左右。因此該產品在全國各地均有應用價值如小區、養老院、學生宿舍、體育中心等多場合進行應用。為用戶帶來環保、節能、穩定的用戶使用體驗的同時，也創造了新的增量市場，實現了用戶、企業和社會的多方共贏。該技術的有效推廣積極響應雙碳政策，實現低碳綠色節能發展，取得建築的節能和經濟效益。