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摘要：面对我国日益紧张的环境问题，我国也逐渐加大了对新型清洁能源的开发和应用。太阳能水源热泵系统是一种新型高效节能环保的系统，太阳能与热泵联合供暖可以发挥各自的优势，弥补单一形式的不足，提高采暖的稳定性和系统运行性能。鉴于此，文章对太阳能水源热泵系统的工作原理及具体应用进行了研究，以供参考。
关键词：太阳能水源热泵；工作原理；应用方法
1太阳能热泵供热技术概述
太阳能热泵供热技术其实是太阳能技术和热泵供热技术的有机结合，通过综合利用太阳能、浅层地能等可再生能源调节建筑物内部温度，智能控制建筑供热系统。
1.1工作原理
太阳能热泵供热技术的工作原理有自身独特的亮点，即综合利用了太阳能和浅层地能，可实现全天候供暖。按照太阳能集热器和热泵蒸发器的连接方式，太阳能热泵供热系统分为直膨式和非直膨式两种类型。直膨式太阳能热泵供热系统中的太阳集热器与热泵蒸发器直接连接在一起，而非直膨式太阳能热泵供热系统通过介质连接太阳集热器与热泵蒸发器。工作原理：太阳能集热器吸收热量，热泵蒸发器从集热器中提取热量并进行加热，用于供暖或制备热水。正常天气状况下，启动太阳能集热器就可以收集热能，利用太阳能供暖或制备热水。若阴天、雨天，可利用浅层地能作为太阳能的补充，也可以保证建筑供暖或热水制备的持续性。
1.2结构设计
太阳能热泵供暖系统主要包括三部分，分别为太阳能供热总成、地能运行转化总成、风机盘管供能总成。该系统采用模块式结构，具有可扩展性、高度的灵活性，维护简单方便，且维修不影响正常运转。
1.3工艺流程
太阳能热泵供暖系统运行的整个过程都采用智能控制技术，自动控制系统运行，基本不需要人工操作。在阳光少、不能满足太阳能集热器热能需求的天气状况下，该系统自动开启热泵系统，通过地能补充太阳能。在太阳能充足条件下，自动关闭热泵系统。通过智能控制装置控制整个系统工艺流程，达到的节能效果是较好的。
1.4技术特点
太阳能热泵供暖技术特点包括：①太阳能集热器结构简单，即使是非常寒冷的地区也可以使用平板集热器，集热成本较低，且集热效率高，一般在60%－80%间；②在相同热负荷条件下，太阳能热泵供暖系统的集热器面积远远低于常规系统的面积，结构紧凑，易于布置；③太阳能是一种取之不竭的资源，不受地理、地形等条件限制；④可以一机多用，冬天供暖，夏天制冷；⑤一次性建设投资和运行成本都较低，利于节省电力能源，错开用电高峰；⑥在太阳辐射条件较高情况下，太阳能热泵供暖系统的蒸发温度往往要高于空气源热泵热暖的蒸发温度，室外温度气候对太阳能热泵供暖系统的影响很少；⑦太阳能热泵供暖系统安装方便，可全天候工作。
2太阳能水源热泵系统供暖应用分析
2.1太阳能辅助水源热泵供暖系统运行模式
因为太阳能不是全天不间断的，因为还必须要考虑在出现各种情况以后，该系统还能够实现供暖。这样就能够提升该系统的使用效率，还可以减少电能的损耗。尤其是在冬季，这个系统可以通过测试水箱出口的温度来自行选择运行模式，这个模式一共有四种：直接供暖、串联热泵供暖、间接加热源侧水的热泵供暖、水源热泵单独供暖。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆接下来将对这几个模式做一个简单的介绍：直接供暖模式：在整个供暖过程中，最开始的时候和最后结束的时候，这两个时期的负荷相对不高，而且太阳能的辐射度在这个时候也很好这个时候的水箱温度也相对较高。当温度大于最后的供水温度的时候，就可以直接使用太阳能来进行供热，这种情况就可以不使用热泵。太阳能串联热泵供暖模式：当阳光的辐射强度不是很高的时候，可能会出现虽然水箱出口的温度要比低温热源的温度高，但是水箱出口的温度又比热泵的最高工作温度低的情况。这个时候就不是直接用太阳能进行供热，而是采用太阳能热泵。水源热泵单独供暖模式：第三种情况就是当水箱出口的温度比热源在低温模式下的温度还要低的时候，系统就不再通过水箱来供热，而是直接使用热泵蒸发器，通过蒸发器的热量进行供热。太阳能间接加热源测水的热泵供暖模式：最后一种情况是当水箱出口温度比直接使用太阳能的温度要低，但是又比热泵开始工作的最高温度要高的时候，就会开启间接加热的模式。主要是水箱的流体通过交换器把热量传导给低温热源，这样就能够提高其通过热泵时候的温度。
2.3太阳能辅助水源热泵供暖系统设计方法
集热器在这个系统中有着很重要的作用，尤其是它的面积，决定了这个系统是否节能性能以及经济性能的高低。因此在设计的时候，考虑到了太阳能保证率以及房屋的最大面积。可以设定它们两者的最小值就是集热器的面积。因为在实践中发现，水箱的大小其实受到很多因素的影响，例如：室外天气、温度等等。因此在决定水箱的大小的时候，可以采用了一个比较简单的计算方法，即直接根据集热器的面积来选取相应的水箱大小。出水口水泵它的作用就是将水箱和蒸发器连接起来，而同理低温热源水泵则是把低温热源和蒸发器连接起来，因此可以直接根据商家提供的数据来进行这两个水泵的选取。最后的流量水泵是根据逐时流量应大于等于额定流量的60%这个原则进行确定的。
2.4系统运行策略
2.4.1储热时间最短策略
现在已经有很多其他能源和太阳能相结合的系统被开发出来，比如说：和空气热泵的组合、与土壤热泵的组合、与水源热泵的组合等等。一般情况下因为太阳的辐射程度不同、水箱的温度也可能会发生变化，因此系统运行的模式也就不同。通常该系统有三种运行策略：直接供暖、间接供暖、热泵单独供暖。
2.4.2太阳能直供优先策略
通过在实验中对于热泵机组的工作情况的观察，可以发现热泵进口温度如果保持不变，源侧温度和机组两侧的温度变化成正比。此外制热量越大，性能系数也就越高。这样看来只要让蓄热水箱保持一段时间的蓄热，这样就能够让系统保持太阳能直接供暖，还可以间接的利用水箱储存的热量来提高系统的性能。这种直供策略能够在一段时间内一直保持太阳能直接供热，并且对于储热水箱内的热量变化可以加以利用，这样就能够实现提升性能的目的。但是又因为通常太阳能的辐射强度在不同时段又不一样，因此水箱在达到满足条件的温度的时间也就不相同。
2.4.3太阳能定时供暖策略
鉴于上一个策略在实际操作中有困难，可以应用太阳能定时供暖的方法，这个策略指的是提前设定太阳能水箱的供热时间，在这个时间之前水箱之中都没有液体会流动，这样就可以做到只蓄热但是不使用这个热能。当在设定的时间之后就会根据熟悉想的温度来决定运行的模式。
3基于TRNSYS软件的系统模型
建立TRNSYS这个软件能够价格太阳能和热泵两方面的技术很好地融合起来。而且这之中对于集热器、蓄热和其他所需要的各种控件都有全方面的覆盖，对于这种蓄热等短期项目有着很强大的处理功能，完全能够满足相应需求。建模以后就可以根据前面提到的控制时间系统来看看整个系统的运行情况，并且能够代入相应的数值来得到最后的结果。
结语
本文通过整理前人在能源联合系统方面的研究以后，自己设计了一个联合供热系统。该系统能够在最短的时间内储存够热量，而且针对可能出现的各类状况设置了四种不同的模式，系统在相应的情况下会自动切换模式来运行，最大程度上保证了在各种情况下都能够使得系统正常运行。最后还进行了数据建模，通过TRNSYS平台建立了相应的模型。最后希望这个模型的建立能够帮助国家的可再生能源被更好地开发和使用，为国家的环境保护做出贡献。
论文作者:窦晓杰
论文发表刊物:《建筑模拟》2019年第26期
论文发表时间:2019/8/8
标签：太阳能论文; 热泵论文; 系统论文; 水箱论文; 温度论文; 蒸发器论文; 水源论文; 《建筑模拟》2019年第26期论文;