4． 2太阳能一空气复合热源热泵系统特点 (l)实现太阳能和空气能热源互补
空气中含有大量的热量，它与风能、太阳能一样，是一种取之不尽、用之不竭的天然清洁能源。空气源热泵采用逆卡诺循环原理，充分吸取利用空气中的热量，将空气中低品位的能源加以收集利用，提供空调、生活热水等需要。目前，
空气源热泵在全球已经得到了广泛的应用。但是，空气源热泵最大的缺陷就是当空气温度较低时，热泵效率明显降低，甚至不能正常工作。太阳能是地球上许多能量的来源，既是一次能源，又是可再生能源。它资源丰富，既可免费使用，又无需运输，对环境无任何污染。为人类创造了一种新的生活形态，使社会及人类进入一个节约能源减少污染的时代。但是太阳能的缺点就是能流密度很低，受昼夜、季节、地理纬度和海拔高度等自然条件的限制以及晴、阴、云、雨等随机因素的影响，到达某一地面的太阳辐照度既是间断的，又是极不稳定的，这给太阳能的大规模应用增加了难度。
太阳能一空气复合热源热泵系统以空气和太阳能两种可再生能源为热源，可实现空气与太阳能的资源互补，可靠性和适应性较单一热源热泵得到了全面的提升。 (2)满足村镇住宅城镇化建设需要
改革开放以来，随着我国农村经济的发展和农民生活的不断富裕，传统的生存型住宅已不再能满足人们的需要，既能满足社会和心理的需要，又具有良好的生活环境和舒适度较高的居住建筑，已成为人们追求和梦想实现的愿望，我国在新农村建设中，村镇住宅正积极向小康住宅方式转换。小康住宅的实现不仅要有足够的居住面积和优美的室内、室外环境，同时还应配备夏季空调、冬季供热等设施，使室内环境具有较高的舒适度。村镇住宅多为独立性建筑，宜采用单独的空调供热设备，且有充裕的屋面面积及空间安装集热与蓄热设备。可实现采用空气、太阳能两种可再生热源为住宅提供空调供热需求，尤其适合我国城镇别墅住宅和村镇独立住宅，对改善城市的生态环境，提高室内环境舒适度，引领乡村城镇化建设，提供了一种新的供热空调技术方法。
4． 3太阳能一空气复合热源热泵系统关键技术分析 复合换热技术方法
换热器是一种使得两种或多种过程流体之间能够进行热交换的传热设备。套管型和管翅式换热器是广泛应用于制冷空调领域的换热设备。目前广泛使用的间接式换热器只能实现两种物质之间的换热，不能实现一种物质与另外两种互不
接触的物质之间的换热。目前，空调系统节能己经成为空调设备及系统设计的研究重点。以太阳能、地能、废热为热源的空调系统成为空调系统研究和应用新的方向，出现了以多种能源为热源的复合热源式空调系统。为了实现多种热源在空调系统中的应用，通常在空调系统中的热源侧安装多个不同形式的换热器，以实现对不同种类热源的利用，这就造成了空调系统设备增加，占地增大，系统复杂等相关问题。如果能够将复合热源式空调系统使用的多个换热器设计成一个可以与多个热源进行换热的复合式换热器，将可以最大限度的解决上述问题。本文设计了以制冷空调领域广泛使用的套管型和管翅式换热器为基础的太阳能一空气双热源复合换热器，可实现在一台换热器中热泵工质与空气和太阳能热媒两种热源的同步复合换热，可实现热泵工质在同一换热器中与空气和太阳能热媒两种热源进行同步祸合换热，为实现对太阳能、空气两种热源的同步复合利用的SACHP奠定了技术设备基础。。 热源工作模式及区域适应性
SACHP具有单空气热源、太阳能一空气双热源和单太阳能热源三种运行模式，每一种运行模式均有其高效、可靠运行的适用范围。我国幅员辽阔，南北气候条件差异较大，按照我国建筑热工设计分区，以最冷月平均气温、最热月平均
气温为主要指标，以日平均气温为辅助指标，我国被划为夏热冬暖、夏热冬冷、温和、寒冷和严寒5类地区1931，必须根据不同区域的气候特点及太阳能资源分布状况，结合SACHP不同模式下的运行特性，合理地选择运行模式，才能保证SACHP高效、可靠的供热运行，满足不同气候条件地区的供热需求。 复合热源有效温差的研究
SACHP的太阳能一空气双热源模式下，涉及到太阳能热媒和空气两种温度不同、状态不同的热源，换热情况复杂。本文依据所提出的复合换热器结构特征和复合热源藕合换热特性，提出了“复合热源有效温差”重要概念。其定义为:当
用于复合热源热泵系统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，此温度范围被称之为“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”。当两种热源的温差超过复合热源最大有效温差时，SACHP西安建筑科技大学博士学位论文蒸发温度将介于两种热源温度之间，将出现热泵工质只从两种热源中温度较高的热源吸热，并向温度较低的热源放热，造成温度较高热源的热量损失。因此，必须对不同环境土况下的复合热源有效温差进行全面的研究，获得不同环境工况下的复合热源最大有效温差，确保
SACHP实现对两种热源的有效同步复合利用。 5 太阳能喷射与压缩一体化制冷系统概述
太阳能喷射与压缩一体化制冷系统是太阳能制冷的方式之一，主要用作建筑物空调的冷源。为了更好的说明该系统，首先介绍太阳能制冷空调的各种方式。 5.1 太阳能制冷空调系统
太阳能空调是以太阳能作为制冷能源的空调系统（或装置）。空调的需求是一个巨大的市场，而传统的制冷空调系统消耗的电能巨大，欧洲空调能耗占总能耗的比率高达40％以上。显然，太阳能空调的开发研究具有广阔的市场基础。
从利用太阳能的角度而言，一般的太阳能热利用项目，如采暖、热水等，在需求上其实与太阳能的提供并不完全一致；当天气越冷、人们越需要温暖的时候，太阳提供的能量往往不足。而太阳能空调则不然，在太阳辐射越强、天气越热、人们需要的空调负荷越大的时候，太阳能空调能够提供的冷量也越大。显然，太阳能空调的应用是最合理的。利用太阳能制冷可以有两条途径，一是利用光伏技术产生电力，以电力推动常规的压缩式制冷机制冷或热电制冷；二是进行光—热转换，用热力作为制冷动力。
在太阳能光电转换技术中，太阳能电池的材料是主要问题。目前以半导体硅、锗等材料为主，主要进行工艺研究。需要解决的主要问题是效率和成本问题。虽然半导体太阳能电池的实验室效率己经超过了20%，但是制造成本依然比较高，难以大规模地投入生产和使用。因此，虽然太阳能电池驱动的制冷系统的结构简单，但以目前光电池的价格计算，其造价约为太阳能热制冷的3-4倍，在目前的技术条件下还不具有实际可行性。太阳能热制冷除了供冷之外，还可结合供热利用。因此国外的太阳能空调系统通常以第二种为主。太阳能热制冷方式按制冷方式分，主要有压缩式、吸收式与喷射式。太阳能驱动的压缩式制冷系统见图1-1，该系统是利用太阳能热机驱动普通的制冷压缩机进行制冷。因其要求的集热器温度高（100℃以上），设备复杂、投资高．工作性能系数不高，故目前使用不多。
太阳能吸收式
空调系统是目前世界上研究最多，也是最成熟的太阳能空调系统。国内已成若干示范工程。中科院广州能源所建设的示范工程如图1-2[10]所示。该系统采用中科院广州能源所研制的热水型两级吸收式溴化锂制冷机。这种制冷机有两个显著的特点，一是所要求的热源温度低，在65℃以上的范围内能稳定地运行；二是热源的利用温差大，为12-24℃(随热源温度而变)。但是，其设计和运行维护相当复杂。并且，经过一段时间的运行后，其工质的化学稳定性下降、系统难以保持高真空等问题将导致系统的效率下降。同时，吸收式制冷初期投资较大也是它进一步发展的障碍。因此，研究其它形式的太阳能制冷方式 非常必要。太阳能喷射式空调系统早已受到人们的关注。喷射制冷的发展可以追溯到二十世纪初(1901)年法国的Leblane和英国人Parsons设计成的第一台蒸喷式制冷系统。从那时起到现在的一百多年时间里，人们在这—领域里进行了许多研究，取得许多成果．但由于蒸喷系统设备庞大、效率低，逐渐被技术和工艺不断完善的机械压缩式制冷所取代。目前，只有少数工业仍在应用。如何提高蒸喷系统的效率一直是困扰喷射制冷研究者和技术人员的难题。到二十世纪中叶，Mizrah[11] 首次提出了将氟里昂替代水进行喷射循环的理论，并进行了系统循环最佳工况计算。由于氟喷循环在低温热源利用上具有不可替代的优势，而现实中存着许多低位热源，这就为氟喷制冷系统研究的兴起与发展提供了广阔的领域和契机。太阳能氟喷系统的研究也在世界上受到广泛关注。Chinnapa，1961[12]；Kakabaev andDavletov，1966[13]；Anderson，1975[14]；Wilbur and Mancini，1976[15]；Stchetinina et al，1987[16]；Korres et al，1989[17]；Petrenko，1992[18] ；B J HUANG，1998[19]；A.Arbel a，2004[4]等许多科研人员对其进行了研究。典型的太阳能氟喷系统如图1-3所示。总之，不同形式的太阳能制冷空调系统各自具有其特点，但是由于经济、技术发展水平等原因，目前无论哪一种形式的系统还都没有达到实际推广阶段。相对而言，太阳能喷射式制冷系统由于结构
简单、造价低、运行可靠等优势，更加接近实际应用的要求，因此，对其进行研究就更加具有现实可行性。
5.2太阳能喷射与压缩一体化制冷系统
太阳能是一种不断变化的、间歇性能源。要随时满足制冷负荷的要求，利用太阳能热驱动制冷一般有两条途径：一是将太阳能集热器与蓄热装置做的足够大，可以随时满足制冷负荷的需要；一是太阳能与常规能源联合制冷。由于太阳能能流密度低、间歇性变化等特点，第一种方式受安装空间及投资限制，往往难以实现。第二种方式，由于可靠性较高、较易实现，是目前常用的方式。