太阳能
我国太阳能光热利用现状 1 我国太阳能资源分布情况
我国具有比较丰富的太阳能资源，有关气象数据表明，我国陆地表面每年接收到的太阳辐射能约为5.0×10kJ。全国各地全年总辐射量达3.35×106一8.37×106KJ/平米，年日照时数大于2200h的地区在太阳
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能利用方面具有经济价值，而我国总面积2/3以上的地区年日照时数大于2200h，总辐射量高于5.68×10kJ/m2·a。因此，我国在大部分地区推广应用太阳能热利用技术己具备了良好的资源条件。
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2 我国太阳能光热利用现状
我国对太阳能光热利用始于20世纪70年代，30多年来，我国各种太阳能热利用技术获得不同程度的发展。其中太阳能热水器技术最成熟、应用最广泛、产业化发展最迅速，是20世纪70年代以来我国可再生能源领域中产业化发展最成功的范例。自90年代以来，我国太阳能热水器经过10多年的市场培育，已经进入全面启动时期，而日渐显现的常规能源危机，更是进一步加速了太阳能热水器市场的发展速度。另外，我国的太阳能热水器工业逐步走向成熟，技术不断改进、产品质量不断提高，几种热水器的国家标准已颁布并开始实施，市场需求和竞争机制促使太阳能热水器产业迅速发展，我国已成为世界上热水器生产和消费最大的国家。与此同时，太阳能光热利用也面临一些问题，主要表现在:太阳能光热与建筑一体化的水平还很低;太阳热水器标准规范体系有待于进一步完善;太阳能采暖制冷技术尚待开发、完善及产业化推广。
3 热泵的历史及发展现状
热泵技术的发展经历了一个多世纪。1824年，卡诺循环的提出，奠定了热泵研究的理论基础。1852年，被称为“热量倍增器”的热泵系统由英国的汤姆逊首先提出Is1。热泵技术在欧洲、美国、日本的研究和应用较早，而我国的热泵研究工作始于20世纪50年代，主要用于建筑市场和工业生产过程，到80年代以后才有了很大的发展。目前，国内外的热泵发展基本可分为三个方向:通过提供热水进行供暖的浅层地源热泵，以中、北欧为代表;既可以制冷又可以供暖的地源热泵，以美国为代表;既可以制冷又可以供暖的空气源热泵，以日本为代表。近几年来，我国的热泵发展很快，其中仅地源热泵的安装使用就以每年10%的速度稳步增长。在实际使用中，我国的热泵主要集中在热水系统、冷热双效空调产品、蒸发冷缩、干燥去湿等方面的应用，且已经取得了一定的成功。 3.1 热泵的分类
热泵分类有多种，按热源来分有:空气源热泵、地热源热泵、太阳能热泵、余热源热泵、混合源热泵等。 (l)空气源热泵。空气源热泵直接利用我们身边的空气作为热介质，与空气进行能量交换。空气取之不
尽，用之不竭，且无偿使用。空气源热泵结构相对简单，使用方便，不使用冷却水塔、冷却水泵及连接的管道等系统，可以节约建筑
面积，节省初投资，因此，得到了广泛的应用。
(2)地热源热泵。地热源热泵包括:地能热泵、土壤热泵、水源热泵、地热水源热泵和地下水源热泵等。地热源事实上指的是地下浅层地热源，包括土壤、水体等。因此，地热源热泵可进一步划分为土壤源热泵和水源热泵，而可作为热
源的水有地表水、地下水、生活污水、工业污水等。所以地热源热泵又可以进一步细分为如下几种形式:土壤源热泵、地下水源热泵、地表水源热泵、污水水源热泵。
(3)太阳能热泵。太阳能是一种无污染、无穷无尽的可再生清洁能源。太阳能热泵可以采用与建筑物做成一体的低温平板集热器，其效率较高，可以不设除霜装置。 3.2 太阳能热泵
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和太阳能辅助热泵两大类。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直接驱动的吸收式热泵、吸附式热泵、喷射式热泵和化学热泵等，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，较难实现小型化和商业化发展。
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，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和非直膨式两大类。
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，如图1.6(a)所示。这种系统极具小型化和商品化发展潜力，但是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。
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，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连接形式不同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3种基本形式，分别如图1.6伪)、图1.6(c)和图l.6(d)所示。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。双热源式太阳能辅助热泵由于采用包括太阳能在内的两种低温热源或二者互为补充，使系统具有更好的稳定性。另外，可以在系统中增加蓄热装置，以减小热泵机组额定容量，降低系统运行费用，提高太阳能保证率，并且夏季还可进行与太 阳能无关的蓄冷运行，以满足房间空调的需求。
4太阳能一空气复合热源热泵技术及理论分析 太阳能一空气复合热源热泵技术相关概念 (l)复合换热器
能够实现两种及以上热源与热泵工质进行同步祸合换热的换热器。该复合热源换热器突破了传统热泵系统中换热器只能进行热泵工质与单一热源的热量交换，可实现在同一换热器中，热泵工质与二种及以上热源的同步祸合换热，为热
泵中多热源的复合利用奠定了基础。 (2)复合热源热泵
通过复合换热器，实现热泵工质与两种及以上的热源同步复合换热，从而实现对两种及以上热源加以同步复合利用的热泵系统。该复合热源热泵系统区别于以前的系统中安装有多个换热器的复合热泵系统，热源侧只有一台复合换热器。
(3)太阳能一空气双热源复合换热器
基于复合换热器的基本原理，本文提出并设计了太阳能一空气双热源复合换热器。该换热器由外套管、穿装在外套管管腔中的内套管、以及与外套管外壁相结合的翅片组成，具有管翅式换热器和套管式换热器的双重功能，可以实现热泵工质与管外空气和内管内的太阳能热媒的同步复合换热，其原理为:热泵工质经内套管外壁与外套管内壁之间的环形通道，可与内套管管腔通道中的太阳能热媒和外套管外壁与翅片构成通道中的空气两种双热源进行同步祸合换热。热泵工质也可单独与太阳能热媒或单独与空气热源进行热量交换，为实现太阳能、空气两种双热源的三种热源工作模式奠定了技术设备基础。 (4)太阳能一空气复合热源热泵
以太阳能一空气双热源复合换热器为核心部件的太阳能一空气复合热源热泵，能够将太阳能、空气两种热源在复合换热器中加以复合利用，具有单一空气热源、单一太阳能热源和太阳能一空气双热源三种热源工作模式，能够实现热泵
系统对太阳能一空气双热源的复合有效利用，以适应不同地区的室外环境温度的变化。 (5)复合热源温差
复合换热器中两种热源之间的温差。当用于复合热源热泵的两种及以上热源之间的温度差值保持在一定范围以内时，热泵工质的蒸发温度将低于各热源的温度并能够同时从各热源吸热，此温度范围称之为“复合热源有效温差”。将复合热源有效温差所对应最大值称之为“复合热源最大有效温差”。复合热源有效温差为复合换热器和复合热源热泵系统的理论分析、实验研究、热源工作模式和控制方案的确定、系统优化设计及应用范围界定指明了方向。因此，复合热源有效温差的影响因素和影响规律的研究具有重要的意义。
(6)热源热负荷比
对于采用复合换热器的复合热源热泵，当同时使用两种及以上热源进行工作时，在复合热源有效温差范围内，每一种热源所提供的热量与复合换热器总换热量的比值。 4.1太阳能一空气复合热源热泵系统构成、工作原理及特点 太阳能一空气复合热源热泵系统组成及工作原理
太阳能一空气复合热源热泵系统包括太阳能集热、蓄热部分和气一液双热源同步复合式太阳能热泵部分，其中太阳能集热、蓄热部分包括太阳能集热器，蓄热水箱，生活水箱及换热盘管，第一循环水泵，第二循环水泵及连接管路、阀门;气一液双热源同步复合式太阳能热泵部分包括压缩机，太阳能一空气双热源复合换热器，用户侧换热器，第一毛细管，第二毛细管，单向阀，四通换向阀，连接管路及阀门等，太阳能一空气复合热源热泵系统将太阳能集热、蓄热部分和气一液双热源同步复合式太阳能热泵两部分进行了科学合理的结合，并将气态热源换热器与液态热源换热器合二为一，设计成一体式结构的太阳能一空气双热源复合换热器，使整个系统大为简化，在进行热泵循环时，太阳能一空气双热源复合换热器(做为蒸发器)既可以同时利用空气源和太阳能低温热媒作为热泵热源，又可以单独利用空气源或太阳能低温热水作为热泵热源。该系统还可实现白天储存太阳能集热量供热泵夜晚使用，解决太阳能具有间歇性，夜晚无法直接利用的问题。