太阳能热泵蓄热技术的发展

来源:真空技术网(www.chvacuum.com)哈尔滨工业大学 作者:姜益强

(1)相变材料需进一步探索

        众所周知,相变材料潜热蓄热具有蓄热密度大、蓄热、释热温度稳定等优点。故在太阳能热泵系统中应用相变蓄热材料的前景十分可观。但是,目前应用于太阳能蓄热的相变材料温度均在30℃左右,无法用来蓄冷,故热泵系统存在部分时间设备闲置的缺陷。为克服此问题,应继续探索适合高温相变蓄能材料,可供选择的高温相变蓄能材料有:盐水化合物为主体的共晶盐系列相变材料;氟利昂气体水合物; 有机物质高温相变材料。通过分析筛选出符合太阳能蓄能热泵系统所需要的混合有机高温相变材料,系统可同时实现蓄冷和蓄热功能。这样不仅提高了系统设备利用率,而且降低蓄能温度,有利于提高集热器效率,降低蓄热器向环境的散热量。

           在筛选中应注意避免凝固时出现过冷和层化或者老化等问题,因此,找出符合太阳能蓄能热泵系统应用要求的混合有机高温相变材料是关乎其应用发展的基础问题之一。

(2)直接蓄能

         从太阳能蓄能热泵的发展中,我们可以看出,相变蓄能换热器一直是人们关注的热点。通过不懈的研究探索,合理的筛选完全可以得到蓄能系统所需的相变材料,这为新型相变蓄能换热器的设计提供了成功的前提。相变蓄热器的设计仍然以水为主要的换热介质,这是由于水的良好传热性能,和其既可以作为换热介质也可以作为输送介质的性质决定的。但对于太阳能蓄能热泵的空调工况而言,采用水作为蓄能介质,则增加了一个换热环节,降低了换热效率。因此,采用制冷剂直接蓄能已经走入人们的视野,学者们开始逐步研究探索其应用。

        但到目前为止,制冷剂直接蓄能仍然存在着很多困难,一是因为相变材料一般传热系数较小的不利影响,换热器的结构形式设计就显得尤为重要。二是相变蓄能材料和制冷剂作为两侧的换热介质在换热过程中都存在相变过程,均为移动边界问题,换热过程复杂。

(3)太阳能蓄能热泵集成系统

         太阳能能量供应具有随机性和间歇性,给太阳能热泵应用技术发展带来一定的困难,为了解决这一难题就推动了新材料、技术及工艺的进步。在“十一五”提出了构建“资源节约型社会”和“环境友好型社会”目标的情况下,目前,为了弥补太阳能热泵供能的间歇性问题,采用简单的辅助热源并联功能,已经不能满足技术发展的需要。通过系统集成,构建使复合能源系统的组成高度简化、造价便宜、用能合理的太阳能多热源热泵集成系统才是解决问题的途径。

        将太阳能利用技术、热泵技术、蓄能技术等单一技能技术有机地结合在一起,构成一种具有综合节能效果和环保效益的新“高位能+再生能源—供热(冷) —废弃物—再生能”的闭环循环的供暖(冷)模式,并以此替代传统的“高位能—供暖(冷)—废弃物”单向性供暖(冷)模式。基于这种新的理念来提高集成创新能力,节能应进入过程系统节能的时代,应把各种节能技术综合起来,采用综合的集成技术,发展太阳能蓄能热泵集成系统,进一步研究和探索太阳能、其他可再生能源、热泵技术和蓄能环节的耦合问题,即如何根据实际功能需求来配置各种能源,如何开发新型设备,使多种能源和技术更好地结合和应用,并解决联合运行时的控制技术问题。

        综上所述,太阳能蓄能热泵技术一直都是利用可再生能源的典范。利用太阳能技术、热泵技术、蓄能技术的集成系统的发展,对降低采暖空调能耗、缓解能源紧张、减轻环境污染等问题都具有重大意义,可以产生深远的影响。

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