新型二级太阳能热水工程：太阳能热泵

太阳能是各种可再生能源中最重要的基本能源，生物质能、风能、海洋能、水能等都来自太阳能，从广义上说太阳能包含以上各种可再生能源。作为新能源和可再生能源重要组成部分的太阳能，是对环境不产生污染的洁净能源，它的开发和利用是解决未来能源的重要技术手段，是世界能源供应战略的重要组成部分，也是保护人类生态环境的重要举措，因而越来越受到各国政府的重视，成为大多数发达国家和部分发展中国家21世界能源发展战略的基本选择。

既然空气和水中蕴藏的热能最初都是来源于太阳能，我们不妨称为“二级太阳能”;由太阳直射得的热能，我们称这为“一级太阳能”。充分收集一、二级太阳热能，加上少量高品位的电能作为驱动能源，达到集热目的之产品，就是太阳能热泵机组。

“一级太阳能”与“空气能”结合，其目的在于取长补短，使二者互为补充，互为备用，使二者均在相对比较稳定高效的条件下工作，保证系统全年全天候的热量供应。太阳能热泵机组制热过程本质上的是对空气中蕴藏的太阳热能的提升利用。太阳能热泵机组运行所供应的热量中，只有小部分来自电能，绝大部分热量来自于“二级与一级太阳能”。所以太阳能热泵机组大大提高了太阳能利用率，减少了对一次能源的消耗。是真正意义上的环保、节能产品。

太阳能热泵(SAHP)一般是指得用太阳能作为蒸发器热源的热泵系统，区别于以太阳能光电或热能发电驱动的热泵机组。根据太阳能集热器与热泵蒸发器的组合型式，可分为直膨式和非直膨式。在非直膨式系统中，太阳能集热器与热泵蒸发器分立，通过集热介质在集热器中吸收太阳能，并在蒸发器中将热量传递给制冷剂，或者直接通过换热器将热量传递给需要预热的空气或水。在直膨式系统中，是一种基于逆卡诺循环的系统，将太阳能集热器与热泵蒸发器结合成一体，节省了非直膨式系统中集热循环与热泵循环之间的换热设备。

晴天，经膨胀阀节流后的低温低压制冷剂首先流入太阳能集热/蒸发器中，通过吸收太阳辐射而蒸发后的制冷剂在压缩机内形成高温高压气体，然后被排入冷凝器中，制冷剂蒸汽通过与水进行对流换热而得到冷凝同时水得热而升温，冷凝后的制冷剂经膨胀阀又重新流入太阳能集热/蒸发器中，由此构成一次循环，阴天或夜间，太阳能集热/蒸发器也可以通过吸收大气中的显热和潜热来维持全天候地生产热水。

综合以上概述，可以分析出时间参数、环境参数和结构参数等一系列系统参数对太阳能热泵热水系统性能的影响趋势，主要有以下几点：

随着运行时间的增加，热水温度与冷凝温度之间的差缩小使得热水升温速率减慢，热水平均加热功率减小，与此同时压缩机耗电量随冷凝温度的升高而略有增加，因而平均供热性能随之降低。

随着太阳辐射强度的加强，在直膨式SAHP系统中，由于集热器中的集热温度与制冷剂蒸发温度始终保持一致，系统获得一个较高的蒸发温度，COP值就相应提高，而此时环境温度却对系统COP影响较小。

随着集热面积的增加，散热损失随之加大，所以集热器性能降低，而热泵性能却随蒸发温度增加而有所改善;随着水箱容积的增大，刚开始集热效率和COP值迅速增加，之后趋于平缓;随着压缩机转速的增加，集热器蒸发温度降低，导致集热器对环境散热减少，而此时的制冷剂流量的提高使得系统COP降低。