蓄热型空气式太阳能集热空气源热泵复合供暖系统的应用研究

王军杰

（中国人民解放军61622部队，北京 102202）

0 引言

太阳能资源是洁净能源，更是可再生能源，科学且高效的运用太阳能资源能够为实现生态社会建设奠定基础。蓄热型空气式太阳能集热空气源热泵复合供暖系统的提出，凭借着优化改善热能品位优点成为社会关注的焦点[1]。从蓄热型空气式太阳能集热空气源热泵复合供暖系统的技术设备性能角度分析，在气候寒冷的地区推广与普及该系统，具有先天的优势，由此也可以拓展寒冷地区的空气源热泵与蓄热型空气式太阳能适应能力。对于蓄热型空气式太阳能集热空气源热泵复合供暖系统而言，为了提升其在运行过程中性能，必须与热负荷系统以及气象条件变化作为依据展开运行控制与优化调整[2]。

1 蓄热型空气式太阳能集热空气源热泵复合供暖系统影响因素

1.1 气候影响因素分析

在蓄热型空气式太阳能集热空气源热泵复合供暖系统安装场地，随着太阳辐射的强度上升，蓄热型空气式太阳能集热空气源热泵复合供暖系统的效率也会随之增加，但是增加的速度却是呈现出逐渐降低的趋势，集热器的出口位置温度值表现出线性增长的态势。这种现象的出现，主要是因为太阳能辐射的强度提升，入射辐射量也会随之增加，集热器的接收设备温度值同样上升，有效集热量增多，造成大量的热损失，所以，集热器的热效率将会在增加之后逐渐趋向于平缓[3]。外界环境温度变化对集热器效率与温度的影响产生影响，呈现出正比变动的趋势。根据相关研究成果得知，当室外的温度变化幅度为40℃的时候，集热器瞬时效率变化值大约维系在2%，出口位置的温度值变化幅度大约维系在1℃。这种现象的出现，主要是受到当地温度变化影响，在蓄热型空气式太阳能集热空气源热泵复合供暖系统的玻璃管壁以及真空管金属管道中的温度，将会表现出小幅度的变化，与外界环境温度之间的变化差距相对较小，流体出口位置的平均温度值上升[4]。

1.2 运行参数影响因素分析

随着蓄热型空气式太阳能集热空气源热泵复合供暖系统的集热口入口位置的温度上升，集热器位置的瞬时效率将会大幅度降低，出口位置的温度值将呈现出线性增长趋势，这种现象出现的原因主要是由于入口位置的温度值上升，真空管的管壁位置温度值也呈现出上升趋势，与外界之间进行热交换，增加热损失，降低瞬时效率。当集热器的入口位置处温度值不超出60℃时，蓄热型空气式太阳能集热空气源热泵复合供暖系统的集热器效率水平可以实现60%乃至以上。蓄热型空气式太阳能集热空气源热泵复合供暖系统在实际运行过程中，入口位置的温度值属于不可控因素，受控制参数、热负荷以及室外参数值等各类因素的综合性影响[5]。但是充分利用热量，便可以将温度降低，从而提升蓄热型空气式太阳能集热空气源热泵复合供暖系统集热效率。

1.3 几何参数影响因素分析

聚光比增加，蓄热型空气式太阳能集热空气源热泵复合供暖系统集热效率也随之增加，之后逐渐趋向于平缓，在集热器的出口位置，其温度值将会伴随着聚光比增加而降低。这种现象出现的原因是聚光比上升，蓄热型空气式太阳能集热空气源热泵复合供暖系统集热器所具备的聚热能力也随之强化，太阳能在投射时效率相同，可以得到更多的能源，将集热器工质的温度上升时，将会强化与外界环境之间的热交换效率，增加热损失，限制集热效率[6]。蓄热型空气式太阳能集热空气源热泵复合供暖系统集热器面积增加，流体出口位置的平均温度值将会以线型态势增加，集热器的效率呈现出小程度下降。这种现象的出现，主要是因为蓄热型空气式太阳能集热空气源热泵复合供暖系统具有较大的聚光面积，聚光反射器能够在相同的时间和环境下获得更多的太阳能辐射。

2 蓄热型空气式太阳能集热空气源热泵复合供暖系统性能分析

2.1 蓄热型空气式太阳能集热空气源热泵复合供暖系统集热器面积分析

当蓄热型空气式太阳能集热空气源热泵复合供暖系统集热器的面积上升时，将会增加有效集热量，在供热量供给中，太阳能的参与度先增加，后平缓变动，所以在集热器中，太阳能的保证率将会先增加，再趋向定值，这种现象出现的原因是由于集热器的面积增加，造成大量的集热器热量损失殆尽，并且水箱具有有限的蓄热能力，所以不能够将太阳能热量进行充分存储，降低利用效率，造成不能够充分使用热量[7]。

通过相关分析可知，当集热器的面积在1815m2的时候，太阳能保证率能达到51.4%，当面积超过2550m2的时候，太阳能保证率增加的速度将会降低。分析费用现值以及耗电量得知，当增加集热面积的时候，资金投入将呈现出线性上升的状态，蓄热型空气式太阳能集热空气源热泵复合供暖系统费用现值呈现出增加态势。耗电量先降低，再平衡，降低一次能源消耗量。

2.2 蓄热型空气式太阳能集热空气源热泵复合供暖系统集热器聚光比

当蓄热型空气式太阳能集热空气源热泵复合供暖系统集热器聚光比上升，太阳能供热量以及有效及热量先上升，后下降，热泵供热量先呈现出小幅度降低，再呈现出上升趋势，太阳能的保证率先增加，后平缓，最后呈现出小幅度降低。这种现象出现的原因，主要是由于集热器聚光比上升到某个特定值的时候，将会提升与周边环境之间的热交换能力，增加热损失[8]。当集热器聚光比上升，有效热量增加的幅度值将会低于热损失增加的幅度值。

通过相关分析可以得知，太阳能的保证率不低于50%的时候，聚光比需要达到30，聚光比的变化范围在10-60时，太阳能保证率的增加幅度仅仅维系在6.5%。

2.3 蓄热型空气式太阳能集热空气源热泵复合供暖系统集热面积水箱容积

利用蓄热水箱存储太阳能热量，能够将太阳能不连续的问题作出弥补，保障蓄热型空气式太阳能集热空气源热泵复合供暖系统供热能力提升。通过使用蓄热水箱充分储备热量，能够降低阴雨天气或者是夜晚环境下天气热泵开启，将系统入口位置的温度降低。倘若是水箱具有较大的容积，那么热水箱温度在上升的时候速度较慢，波动幅度较低，延长高温区中水箱停留的时间，对存储太阳能热量有着不利影响[9]。反之，当水箱具有较小的容积，那么热水箱蓄热量水平降低，不能充分利用太阳能热量，降低系统太阳能保证率。

伴随着集热面积水箱的容积提升，水箱的供热量以及蓄热量都呈现出上升的变化趋势，降低热泵供热量，增加太阳能保证率。通过相关分析可知，当集热面积水箱的容积达到120L/m2的时候，太阳能保证率能够达到54%，若是水箱的容积不断上升，水箱供热量将会呈现出下降趋势，降低利用水箱热量的效率，增加热泵供热量，降低太阳能保证率。系统的耗电量将随着太阳能供热量的变化而发生变化，当供热量一定，水箱的容积上升时，耗电量先下降，再增加，费用支出先降低后上升，系统的资金投入呈现出逐渐上升的趋势，但是相对而言，水箱的资金投入占据总投资的比重不高，所以费用值先小程度下降，再缓和上升[10-11]。

3 结语

本文分析了蓄热型空气式太阳能集热空气源热泵复合供暖系统气候参数、运行参数以及集合参数的影响，得知各类影响因素对蓄热型空气式太阳能集热空气源热泵复合供暖系统的影响情况，其中影响幅度最大的是集热器聚光比。最后简要分析了集热器面积、集热器聚光比以及水箱容积对蓄热型空气式太阳能集热空气源热泵复合供暖系统性能的影响，获得太阳能保证率、系统费用现值等数据参数的变化规律。