太阳能-空气源热泵耦合供暖系统组合形式

太阳能作为一种清洁能源，愈发被人们重视，充分利用太阳能来满足建筑所消耗的大量能耗，具有较好的社会效益和经济效益。空气能作为低品位能源，具有方便易得、无任何污染等优点，但存在环境适应性问题。

空气源热泵技术是一种成熟并被广泛使用的空气能利用技术手段，但在低温环境下，空气源热泵系统很难达到高效节能。太阳能是间歇性的，能量密度低，并且分布不均匀。将两者有效结合成一种新型加热系统，效率将大幅度提升。

根据空气源热泵和太阳能集热器之间的组合形式可分为两类： 一类是直接膨胀式 ，另 一类是非直接膨胀式 。在非直膨式太阳能热泵系统中，太阳能与空气源热泵系统分为3种方式： 串联、并联和混联 。

一、直接膨胀式耦合功能系统

直接膨胀式耦合供能系统原理是将供能的蒸发器用太阳能集热器代替。高温高压气态工质从压缩机出来，然后通过冷凝器中释放热量，经过膨胀阀后在太阳能集热蒸发器内吸收热量，进而将热量从室外传递到室内。这种形式的系统由于受太阳辐射影响比较大，具有不稳定性。 直接膨胀式耦合热泵系统结构如图1所示。

学者在1955年提出直膨式太阳能热泵的概念，在此之后很多的研究学者开始对相关的系统进行了进一步研究。某学者做了相关的实验，对其热工性能和影响参数进行了讨论，并给出了相应的改进意见。

二、非直接膨胀耦合功能系统

01

串联式太阳能空气源热泵耦合供能系统 ?

串联式热泵系统如图2所示，串联式系统是将太阳能集热器与热泵单元独立设置，太阳能集热器不是将收集的热量直接供给室内，而是与热泵的蒸发器侧连接起来，蒸发器的低温热源是来自太阳能集热器产生的热水循环至蒸发器侧，提高蒸发器侧的换热温度，这样可以使热泵更高效、更节能，将寒冷地区的室外热量传递到室内。

02

并联式太阳能空气源热泵耦合供能系统 ?

并联式系统如图3所示，是指太阳能集热系统环路并联空气源热泵系统环路。与串联式系统不同，并联式系统的两个热源环路可以单独进行供暖。合理控制各部分的启停及运行时间，可以最大化节约能耗。在白天太阳能辐射量充足时，可以使用太阳能系统单独对室内房间进行供暖，如果太阳能系统不能满足房间用能需求，则需要太阳能加热系统和空气源热泵同时运行，当太阳能不能满足供水温度要求时，如在阴天或者夜间可以进行空气源热泵单独供暖。

03

混合式太阳能空气源热泵耦合供能系统 ?

混合式热泵系统如图4所示，与串联式和并联式系统类似，混合式系统分别设置有水源蒸发器和空气源蒸发器，太阳能集热器串联在水源侧蒸发器作为低温热源，向房间供暖。两个蒸发器是并联方式连接，可以实现单独运行也可以联合运行，加上太阳能的辅助使得这一系统的能源效率大大提升。具体的运行方式主要取决于太阳的辐射强度和室外环境空气温度。

太阳能耦合空气源热泵供能系统是一个具有高能效、适应性强的供能系统。太阳能集热器与空气源热泵的灵活组合，实现了能源互补，体现了绿色节能的特点。对于不同地区、不同气候条件，采用合适系统运行策略以及选取优化算法，如神经网络算法、遗传算法、蚁群算法等，通过控制器、执行器、终端设备实现精准的热泵负荷监控控制系统，可以有效地提升热泵机组的COP值。在经济效益上，利用地区峰谷电价来节约运行费用，优化对比系统在生命周期内的经济性，突显太阳能耦合空气源热泵的优势，在未来推广上更好发展。