可再生能源与热泵系统联合应用方案研究
开篇：润墨网以专业的文秘视角，为您筛选了一篇可再生能源与热泵系统联合应用方案研究范文，如需获取更多写作素材，在线客服老师一对一协助。欢迎您的阅读与分享！
摘要：随着热泵应用技术的日趋成熟，寻求新的节能环保措施、改进热泵系统越来越受到研究学者们的重视，而可再生能源的开发利用为热泵技术的新发展创造了有利条件。本文列举三项利用可再生能源耦合的新型热泵系统，新型热泵系统的开发与应用可有效提高能源利用效率，也显著提高了热泵的可靠性、灵活性和环保经济性。
Study on the Joint Application of Renewable Energy and Heat Pump System
一、引言
近年来，随着化石资源的消耗和自然环境的破坏，促使人们从提高现有能源利用率和开发利用可再生能源两个方面应对临近的能源危机和环境问题[1]。进入21世纪后，随着我国城市化进程的快速发展，人们对城市人居环境提出的要求不断提高，促使国内节能环保产业的迅速发展[2]。其中，热泵技术是一项利用小部分高品位能量，来实现能量从低位向高位转化的新兴技术，该技术的不断创新应用对提高能源利用效率和保护环境等方面都具有重要意义。
1.热泵系统工作原理
目前，常用的热泵系统采用电动机或内燃机驱动的压缩机作为能量的驱动来源。用压缩机抽吸工质蒸汽并压缩到冷凝压力的过程，称为压缩过程，其相应的热泵称为压缩式热泵。蒸汽压缩式热泵是目前应用最普遍的装置，主要由蒸发器、压缩机、冷凝器和膨胀阀4部分组成，压缩式热泵系统工作原理如图1所示。
图1-1 压缩式热泵系统工作原理
压缩机通过电动机产生驱动能量，使工质在反复相变循中不断提高能量品质，并通过阀门的切换使机组实现制热（或制冷）功能。在此过程中，蒸发器从低温热源吸收低品位能量，通过工质循环从冷凝器输出高品位能量，得到的能量在数量上是其所消耗的小部分高位电能和所吸收的低位热能的总和。
二、可再生能源与热泵系统联合应用方案
2.1多源热泵系统
多源热泵系统与单一源热泵系统相比有诸多优点。单一源热泵往往受气候、水源、地理和环境等条件限制，在很多情况下不能稳定持久供暖或供冷，而多源热泵则以两个或多个低位热能作为主要的低温热源，弥补了单一源热泵不灵活性的缺点，提高了系统的能效比，又充分利用了可再生能源，减少了对环境污染，是一种绿色环保且具有很大灵活性的供热制冷系统。
2.2多源热泵系统联合应用方案
热泵是通过循环工质在蒸发器中气化从环境中取热的，低温热源状态的不同决定了能量采集方式的差别。载热介质一般采用空气、水和以水为主要成份的防冻液。按照低温热源的不同组合，可再生能源与热泵联合应用系统主要包括为太阳能-土壤源热泵系统、太阳能-水源热泵系统和海水-污水源热泵系统等。
2.2.1太阳能-土壤源热泵系统
太阳能土壤源热泵系统如图2-1所示。热泵装置优先用于空调系统，在夏季热泵系统的制冷功能可以满足室内活动人群对舒适程度的要求；太阳能热水器的具体功能是提供生活热水，若太阳能集热器在正常工作条件下无法满足使用者对生活热水的需求，则热泵系统辅助其满足生活热水的制备需求。在冬季热泵系统的主要功能为供热，在室内热负荷大，室外温度低的条件下，太阳集热器可辅助土壤源热泵系统进行供热，实现联合供热的工作模式，以达到室内人群对舒适性的具体要求；在过渡季节，太阳能集热器在提供生活热水的前提条件下，可在地下储存多余的热量，同时会使地下的土壤温度提高[3]。
图2-1 太阳能耦合土壤源热泵系统工作原理
2.2.2太阳能-水源热泵系统
太阳能耦合水源热泵系统原理如图2-2所示。根据热水负荷、空调负荷、及日照条件等因素的变化，系统以不同运行方式相适应，从而实现系统灵活多变的运行工况，如热水由太阳能集热系统、水源热泵系统的直接供应及太阳能水源热泵联合供应，夏季空调系统运行，冬季蓄热等。太阳能集热系统与水源热泵系统运行工况及组合不同导致系统流程不同，通过阀门的开关可实现系统流程的切换 [4]。
图2-2太阳能耦合水源热泵系统原理图
1-太阳能集热器；2-蓄热水箱；3-水泵；4-冷凝器；5-压缩机；6-蒸发器；7-节流阀；8-蓄冷用板式换热器；9-蓄冷水箱；10-释冷用板式换热器；11-室外水池；12-控制阀门
2.2.3海水-污水源热泵系统
海水污水源双源热泵系统如图2-3所示。该系统进行区域集中供暖供冷，包括海水源热运行模式、污水源运行模式和海水污水双源运行三种模式。当单元系统独立运行时，一旦出现不能满足负荷的情况，另一冷热源可及时投入运行，作为辅助冷热源，使系统的应用更加灵活。一般夏季优先使用直接式海水源运行模式，冬季则优先使用间接式污水源运行模式，当单一源满足不了负荷需求时，再附加使用另一冷热源。
图2-3 海水耦合污水源热泵系统工作原理
三、多源热泵系统对能耗控制和环境保护的积极作用
多源热泵系统不仅能把无价值的大气及土壤中的太阳潜能以及地下水、地表水的低位热能或工业污水废热去替代商品能源，稳定可靠地长时间实现舒适性空调的供暖与供冷，更为重要的是它消除锅炉供暖中烟气对环境的污染，保护和净化人类赖以生存的自然环境[5]。
目前生产和生活中存在大量对热能品位要求较低的用能环节，以燃烧高品位化石燃料的常规方式供热，存在巨大的可用能损失，致使一次能源利用率低下，并加剧了环境污染和由于CO2过量排放造成的温室效应。如果采用多源热泵系统提升自然能源用于供热，一方面，系统受地域限制大为减小，稳定性和灵活性高，可长时间稳定供热；另一方面，能质比较匹配，高效清洁，减少常规化石燃料的消耗和浪费，提高现有能源利用效率，扩大了可再生能源利用范围。
四、结论
可再生能源与热泵联合应用系统弥补了单源热泵单独供热制冷的缺点，提高了热泵系统的灵活性和可靠性，也大大提高了可再生能源的利用率，是一种绿色环保的供热制冷系统。可再生能源将是热泵系统的重要来源，热泵供热制冷也将是可再生能源的重要利用方式，可再生能源与热泵系统的联合应用则是今后热泵的主要发展方向。该联合系统的应用对我国调整能源结构、建设环境友好型社会都具有重大意义。各个地方应结合自身地域气候特点，选择能效比最高的联合应用系统，充分发挥该多源系统的优势，创造最大的环境效益和节能效益。
参考文献
[1]孙峙峰，任和，王选，等.可再生能源建筑应用系统检测与评价研究[J].建筑科学，2014，30（4）：110-114.
[2]毕夏，史长东，程竹，等.低碳背景下我国新能源行业利用现状及发展前景分析[J].东北电力大学学报，2012，35（5）：86-90.
[3]刘智梅，楚广明，于涛.太阳能-土壤源热泵供热系统的研究[J].建筑节能，2012，40（253）：11-13.
[4]冯晓梅，张昕宇，邹瑜.太阳能与地源热泵复合系统的优化配置与运行方式[J].暖通空调，2011，41（12）：79-83.
[5]胡连营.热泵技术与可再生能源的开发利用[J].可再生能源，2007，25（1）：95-98.