內容摘要：隨著經濟（jì）發展和（hé）科技的進步，能源和環境是當今世界突（tū）出的兩大社會問題，這（zhè）促使人（rén）們更多地（dì）意識到（dào）能（néng）源對人類的重（chóng）要性，而（ér）愈來愈重視太陽能利（lì）用和節（jiē）能熱泵技術（shù）。
 

　　隨著經濟發展和（hé）科技的（de）進步，能源和環境（jìng）是當今世（shì）界突出的兩大社會問題，這（zhè）促使人們更多地意識到能（néng）源對人類的重要性，而愈來愈重視太陽能利（lì）用和節能熱泵技術。目前（qián）我國太陽能的熱利用主要集中在被動式太陽房采暖和（hé）熱水器提供家用熱（rè）水上，而主動式太陽能供熱（rè）係統的開發的利用（yòng）相對落後。采用（yòng）節能裝置（zhì）——熱（rè）泵與太陽能集熱設備、蓄熱機構相聯接的係統方式，不僅能（néng）夠有效地克服太陽能本身所具有的稀薄性和間歇（xiē）性（xìng），而且可以達到（dào）節約高位能和減少環境汙染的目的，具有很大的開發、應用潛（qián）力。熱（rè）泵技術是（shì）一種（zhǒng）很好的節能型空調製冷供熱（rè）技術，是利用少量高品位的電能作為驅動能源，從低溫熱源吸取低品位熱能，並將其傳（chuán）輸給高溫（wēn）熱源，以達到泵（bèng）熱的目的，從而轉能質係數（shù）低（dī）的能源為能（néng）質係（xì）數高的能（néng）源（節約高（gāo）品位能源），即提高能量品位的技術。隨著人們對獲取（qǔ）生（shēng）活用（yòng）熱水的要求日趨提高，具有間斷性特點（diǎn）的太陽能難以滿足全天候供熱。要解決這一問題，熱泵技術與太陽能利用相結合（hé）無疑是（shì）一種好（hǎo）的選（xuǎn）擇方法。 關於發揮行（háng）業作用、推（tuī）進行（háng）業信息工作的通知（zhī）

　　1熱泵的基本原理及其類型

　　熱泵是（shì）一反向（xiàng）使用（yòng）的製冷機，與製冷機所不同的隻是工（gōng）作的溫度範圍。熱泵係統的工作原理如圖（tú）1所示[1][2]。蒸發器吸熱（rè）後，其工質的高溫低壓過熱（rè）氣體在壓縮機（jī）中經過絕熱壓縮變為高溫高壓的氣（qì）體後，經冷凝器定壓冷凝為低溫高壓的液（yè）體（tǐ）（放出工質的氣化熱等，與冷凝水進行熱交換（huàn），使冷凝（níng）水被加熱為熱水供用戶使用），液（yè）態工質再經降壓閥絕熱節（jiē）流後變為低溫（wēn）低壓液體，進（jìn）入蒸發器定壓吸收熱源熱量，並蒸發變為（wéi）過熱蒸氣完（wán）成一個循環過程。如此（cǐ）循環往複（fù），不斷地將熱（rè）源的熱能傳遞給冷凝水（shuǐ）。

　　根據熱力學*定律，有：Qg= Qd + A，根據熱力學第二（èr）定律，壓縮機所消耗的電功A起到補（bǔ）償作用，使得製冷劑能夠不斷地從低溫環境（jìng）吸（xī）熱（Qd），並（bìng）向高溫環境（jìng）放熱（Qg），周（zhōu）而複始地進行循環。因此，壓縮機的能耗是一個重要的技術經（jīng）濟指標，一般用性能係數（coefficient of performance，簡稱COP）來衡量裝（zhuāng）置的能量效率，其（qí）定義為：

　　COP=Qg/A =（Qd+A）/A=1+Qd/A

　　顯然，熱（rè）泵COP永遠大於1。因此，熱泵是一（yī）種節（jiē）能裝置（zhì），也是製冷空調領域內實施（shī）建築節能的重要途徑，對於節約常規（guī）能源、緩解（jiě）大氣汙染和溫室效應起到積極的作用。

　　所有型式（shì）的熱泵（bèng）都有蒸發和冷凝兩個溫度（dù）水平，采用膨脹閥（fá）或毛細管實現製冷劑的降壓節流（liú），隻（zhī）是壓力增加的不同形式，主（zhǔ）要有機（jī）械壓縮式、熱能壓縮式和蒸氣噴射壓縮式（shì）。其中，機械壓縮式熱泵又稱作電動熱泵，目前已經廣泛應用建築采暖和空調，在熱泵市場上（shàng）占據了主導地位；熱能壓縮式熱泵包括（kuò）吸收式和吸附式兩種型式，其中水—溴化鋰吸收式和氨—水吸收（shōu）式熱水機組已經逐步走上商業化發展（zhǎn）的道路，而吸附式（shì）熱泵目前尚處於研究（jiū）和開（kāi）發階段，還必須克服運轉間歇性（xìng）以及（jí）係統性能和冷重（chóng）比（bǐ）偏（piān）低（dī）等問題，才能真正應用於實（shí）際。根（gēn）據（jù）熱源（yuán）形式的不同，熱泵可分為空氣源熱泵、水源熱泵、土壤源熱泵（bèng）和太陽能熱（rè）泵等。國外的（de）文獻通常將地下水熱泵、地表水熱泵與土壤源熱泵統稱為地源熱泵（bèng）。

2太陽能熱（rè）泵技術原理（lǐ）及其特點

　　太陽能熱泵一般是指利用太（tài）陽能作（zuò）為蒸發（fā）器熱源（yuán）的熱泵係統，區別於以太陽能光電或熱能發電驅動的熱（rè）泵機組。它把熱泵技術和（hé）太陽能熱利用（yòng）技術有機的結合起來，可同時提（tí）高太陽能集熱器（qì）效率和熱泵係統性能。集熱器吸收的熱量作為熱泵的低溫熱源，在陰雨天，直膨式太陽（yáng）能熱（rè）泵轉（zhuǎn）變為空氣源熱泵，非直膨式太陽能熱泵作為加熱係統的輔助熱源。因此，它可全天候工作，提供熱水或熱量。

　　2.1太陽能熱泵（bèng）的分類

　　根據太陽集熱器與熱泵蒸發器的（de）組（zǔ）合形式，可分為直膨式（shì）（direct-expansion soalar assisted heat pump，DX-SAHP）和非直膨式。在直膨式（shì）係統中，太陽（yáng）集熱（rè）器與熱泵蒸發器合二為（wéi）一，即製冷工質直接（jiē）在太陽（yáng）集熱器中吸收太陽輻射能而得到蒸發（如圖2所示）。在非直膨式係統中，太陽集熱器與熱泵蒸發（fā）器分立，通過集熱（rè）介質（一般采（cǎi）用水、空氣、防凍溶液）在集熱器中吸收太陽能，並在蒸發器中將熱量傳遞給製冷劑，或者（zhě）直接通過換熱器將熱量傳遞給需要預熱的空氣或水。根據太陽能集熱環路與熱泵循環的連接（jiē）形式，非直膨式（shì）係統又可進一步分為串聯式（shì）、並聯式和（hé）雙（shuāng）熱源式。串聯式是指集（jí）熱環路與（yǔ）熱泵（bèng）循環通（tōng）過蒸發（fā）器（qì）加以串聯、蒸（zhēng）發器的熱源全部來自於太陽能集熱環（huán）路吸收的熱（rè）量（如圖3所示）；並聯式是指太（tài）陽能集熱環（huán）路與熱（rè）泵（bèng）循環彼此獨立，前者一般用於預熱後者的加熱對象，或（huò）者後者（zhě）作為前者的輔（fǔ）助熱源（如圖4所示）；雙熱源式與串聯式基本相同，隻是蒸（zhēng）發器可同時利用包括太陽能在內的兩種低溫熱源（yuán）（如圖5所示）[3]。

　　2.2太陽能（néng）熱泵的技術特點

　　太陽能熱泵將太陽能（néng）利用（yòng）技術與熱泵技術（shù）有機（jī）結（jié）合起來，具有以下幾個方麵（miàn）的技術特點[4]：

　　1）同傳（chuán）統的太陽能直接供熱係統相比，太陽（yáng）能熱泵的zui大優點是可以采用結構簡（jiǎn）易的集熱器（qì），集熱成本非常低。在直膨式係（xì）統中，太陽集熱器的工作溫度（dù）與熱泵蒸（zhēng）發溫度保持一致，且與室外溫（wēn）度接近，而非直膨式係統中，太陽能集熱環路往往作為蒸發器（qì）的低溫熱源，集熱（rè）介質溫度通常為20℃～30℃，因此集熱器的散熱（rè）損失非（fēi）常小，集熱器效率也相應提高。有研究表明，在非寒冷地區即使采用結構簡單、廉價的普通（tōng）平板集熱器，集熱器效率也高達60%～80%，甚（shèn）至采用無蓋板、無保溫的（de）裸板集熱器也是可以的。

　　2）由於太陽能具有低（dī）密度、間歇性（xìng）和（hé）不穩定性等缺點，常規的太陽能供熱（rè）係統往往需要采（cǎi）用較大的集熱和（hé）蓄熱裝置，並（bìng）且配備相應的輔助熱源，這不僅（jǐn）造成係（xì）統初投資較高，而且（qiě）較大麵積（jī）的集熱器也難於布置。太陽能熱泵基（jī）於熱泵的節能性和集熱器的性，在相同熱負荷條件下，太陽能熱泵所需的集熱（rè）器麵積和蓄熱器容積等都要比常規係統小得多，使得係統（tǒng）結（jié）構更緊湊，布置更（gèng）靈活。

3）在太陽輻射條件良好的情況下，太陽能熱泵往往可以獲得比空氣源熱泵更（gèng）高的蒸發溫度（dù），因而（ér）具有更高的供熱性能係（xì）數（COP可達到4以上），而且供熱性能受室外氣溫下降的影響較小。

　　4）由於太陽能無處不在、取之（zhī）不盡，因此太陽能熱泵的應用範圍非常廣泛，不受當地水源條件和地質條件的限製，而且對自然生（shēng）存環境幾乎不造成影響。

　　5）太陽能熱泵同其它類型（xíng）的熱泵一樣也具有“一機多用”的優點，即冬（dōng）季可（kě）供暖，夏季可製冷，全年可（kě）提供（gòng）生活熱（rè）水。由於太陽能熱泵係統（tǒng）中設有蓄熱裝置，因此夏季（jì）可利用夜間穀時電力進行（háng）蓄冷運行，以供白天供冷之用，不僅運行費用便宜，而且有助於電力錯峰。

　　6）考慮到製冷劑的充注量（liàng）和泄漏問題，直膨式太陽能（néng）熱泵一般（bān）適用（yòng）於小型供熱係統，如戶用熱水（shuǐ）器和供熱空調係（xì）統。其（qí）特點是集熱麵積（jī）小、係統緊湊、集熱效率和熱泵性能高（gāo）、適（shì）應性好、自動控製程度高等尤其是應用於生產熱水，具有節能、安裝方便、全天候等優點，其造價與空氣源熱（rè）泵熱水（shuǐ）器相（xiàng）當，性能更*。

　　7）非直膨式係統具有形式多樣、布置靈（líng）活、應用範（fàn）圍廣等優點（diǎn），適（shì）合於集中供熱、空調和（hé）供熱水係統（tǒng）。易於與建築一體化。

　　3太陽能熱泵熱水器的研（yán）究現狀

　　早在20世紀50年代初，太陽能熱（rè）利用的者Jodan和Therkeld就指出了太陽（yáng）能熱泵的*性，即可同時提高太陽能集熱器效率和熱泵係統性（xìng）能。隨後，日本、美國、瑞（ruì）典、澳大利亞等發達國家紛紛投入了大量的（de）人力、物力對太陽（yáng）能熱泵進行（háng）深（shēn）入的研究與開發（fā），在各地實施了多項太陽能熱泵示（shì）範工程，例如賓（bīn）館、住宅、學校（xiào）、醫（yī）院、圖書館以及（jí）遊泳館等，取得了一定的經濟效益和良好的（de）社會效益。在能源和環境問題日益嚴峻的今天，太陽能熱泵因其具（jù）有顯著的節能性和環境友好性，得到了越來越廣泛的關注。近年來，土耳其、印度尼西亞等發展中國家也對太陽能熱泵進（jìn）行了大量的研究[5][6]。在產業化發展方麵，美國的Solar King係列太陽能熱泵供熱設備以及澳大（dà）利亞（yà）的（de）Quantum係列（liè）太陽能熱泵熱水器等就是比較典型的產品範例。

　　我國對太（tài）陽能熱泵的研（yán）究起步較晚，有關文獻和報道均在十幾年內。天津大學、東南大學、青（qīng）島建築工程（chéng）學院、上海交通大學等先後對太陽（yáng）能熱（rè）泵進行了（le）實驗及理論研究，取得了一定的（de）成果。天津大學對串聯式太陽能熱泵（bèng）供（gòng）熱水係統進行的實驗研究和理論分析表明，該係統可以一年四季（jì）可靠運行，向（xiàng）用戶提供50℃生活熱水，COP達到2.64～2.85（冬天），2.61～3.5（夏天）[7]。青島建築工程學院對串聯式太陽能熱泵（bèng）供暖係統進行了實驗研究，該係統具有多功能調節（jiē）能力，冬季熱泵供暖時熱泵機組工作穩定，COP平均值達到2.71，具有明顯的節能效果[8]。上海交通大學對直膨式太陽能熱泵熱水器進行了試（shì）驗研究，該熱水器（qì）可全天候提供45～50℃生活熱水（shuǐ）150L，每天耗電量約為1kW·h（夏）～2 kW·h（冬），其分體式結構尤其適合於高（gāo）層或多層建築，此外，這種熱水器在（zài）陰雨天可以照常工作（zuò），其工作形式轉變（biàn）為空氣源熱泵[9]。

4太陽能熱泵（bèng）與建築結合的應用

　　近年來，隨著太（tài）陽能（néng）事業的發展和建築節能的（de）要求，隨著（zhe）城市的發展和人民生活水平的提高，“太陽能與（yǔ）建築一體化（huà）”和“全天候供熱”已成為我國太陽能熱利用的重要議題。“太陽能與建築一體（tǐ）化”就是把太陽能產品作為建築部件安裝（zhuāng），使其有機結（jié）合起（qǐ）來，符（fú）合建築美學要求，並盡可能地利用太陽能（néng）等新能源（yuán）和（hé）可再生能源（yuán）替代常規能源以減少建築能耗對常規能源的依賴，降（jiàng）低建築能耗占我國總能耗（hào）的比例，並提高常規（guī）能源（yuán）利（lì）用率。由於太陽能熱泵（bèng）具有集熱效率高、供熱性能係（xì）數高、形式多樣、布置靈活（huó）、一（yī）機多（duō）用、應用範圍廣等優點，能較好地滿足“太陽能與建築一體化”的要求。由於太陽能具有低密度、間歇性和不（bú）穩定性等缺點，常規的太陽能供熱係（xì）統很難滿足“全天候”的要求，為滿足“全（quán）天候”的要求，常規方法是采用（yòng）電加熱或燃氣加熱為輔助熱源，但容易引（yǐn）發安全問題，且消耗了大量（liàng）能源，而采用太陽能供熱係（xì）統就能較好（hǎo）地解決“全天候”的問題。目（mù）前，我國（guó）太陽能熱泵主要應在公共建築物上，例如，北京奧運村和奧運場（chǎng）館的生活熱水和加熱的能量都采用太陽能熱（rè）泵供熱係統。

　　5太陽（yáng）能（néng）熱泵技術存在的問題

　　我國太陽能熱泵的發展和應用還存在著一（yī）些（xiē）問題：

　　1）投資經濟性。能源結構和燃料價格直（zhí）接影響太陽能熱泵的（de）經濟性，例如，我國西部地區以煤炭為主的能（néng）源結（jié）構以及較（jiào）低的燃料價（jià）格必將影響太陽能熱泵的市場競爭力。同時，太陽能（néng）熱泵係統初投資偏高（gāo）也是影響其經（jīng）濟性的（de）重要因素之一。2）性能可靠性（xìng）。各種類型的太陽能熱泵性能有待提高，要使（shǐ）部件之間的匹配關係達到投資運行*效益，要將係統設計與建築設計結合起來，既要考慮係統性能又要考慮建築美觀，要實行（háng）智（zhì）能化控製，這需要各（gè）個專（zhuān）業、各個領域的（de）人共同努力、相互配合。

　　3）公眾對（duì）這（zhè）一技術缺乏足夠的了解和認識。目前，在我國製約太（tài）陽能熱泵應用的主要障礙是係統初（chū）投資較高以及政（zhèng）府、建築設計人員和公眾對這一技術缺乏足夠（gòu）的（de）了解和認識。通過政府部門、科研機構和工程技術（shù）人員的共同努力，借鑒國外的成（chéng）功經（jīng）驗，我國太陽能熱泵（bèng）將得到較快的推廣和發展。

　　6 結束語

　　太陽能是地球上一切能的主要來源，是*無公害的潔淨（jìng）能源，也是21世紀人類zui有希望的能源。我國（guó）地（dì）域遼闊，年日照時間大（dà）於2000h的地區約占全國國土麵積的（de）2/3，處於利用太陽能較有利的區域內。太陽能熱泵技術是太陽能熱利（lì）用技術和熱泵技術有機的結合，具有集熱效率高、供熱性能（néng）係數高、形式多樣（yàng）、布置靈活、一機（jī）多用、應用範圍廣等優點，能較好地解決“太陽能與建築一體（tǐ）化”和“全天候”的問題。太陽能熱泵技術將在太陽能利用中占有重要地位，有（yǒu）著廣（guǎng）闊的發展前景（jǐng）。