太陽能熱泵蓄熱技術的發展
(1)相變材料需進一步探索
眾所周知,相變材料潛熱蓄熱具有蓄熱密度大、蓄熱、釋熱溫度穩定等優點。故在太陽能熱泵系統中應用相變蓄熱材料的前景十分可觀。但是,目前應用于太陽能蓄熱的相變材料溫度均在30℃左右,無法用來蓄冷,故熱泵系統存在部分時間設備閑置的缺陷。為克服此問題,應繼續探索適合高溫相變蓄能材料,可供選擇的高溫相變蓄能材料有:鹽水化合物為主體的共晶鹽系列相變材料;氟利昂氣體水合物; 有機物質高溫相變材料。通過分析篩選出符合太陽能蓄能熱泵系統所需要的混合有機高溫相變材料,系統可同時實現蓄冷和蓄熱功能。這樣不僅提高了系統設備利用率,而且降低蓄能溫度,有利于提高集熱器效率,降低蓄熱器向環境的散熱量。
在篩選中應注意避免凝固時出現過冷和層化或者老化等問題,因此,找出符合太陽能蓄能熱泵系統應用要求的混合有機高溫相變材料是關乎其應用發展的基礎問題之一。
(2)直接蓄能
從太陽能蓄能熱泵的發展中,我們可以看出,相變蓄能換熱器一直是人們關注的熱點。通過不懈的研究探索,合理的篩選完全可以得到蓄能系統所需的相變材料,這為新型相變蓄能換熱器的設計提供了成功的前提。相變蓄熱器的設計仍然以水為主要的換熱介質,這是由于水的良好傳熱性能,和其既可以作為換熱介質也可以作為輸送介質的性質決定的。但對于太陽能蓄能熱泵的空調工況而言,采用水作為蓄能介質,則增加了一個換熱環節,降低了換熱效率。因此,采用制冷劑直接蓄能已經走入人們的視野,學者們開始逐步研究探索其應用。
但到目前為止,制冷劑直接蓄能仍然存在著很多困難,一是因為相變材料一般傳熱系數較小的不利影響,換熱器的結構形式設計就顯得尤為重要。二是相變蓄能材料和制冷劑作為兩側的換熱介質在換熱過程中都存在相變過程,均為移動邊界問題,換熱過程復雜。
(3)太陽能蓄能熱泵集成系統
太陽能能量供應具有隨機性和間歇性,給太陽能熱泵應用技術發展帶來一定的困難,為了解決這一難題就推動了新材料、技術及工藝的進步。在“十一五”提出了構建“資源節約型社會”和“環境友好型社會”目標的情況下,目前,為了彌補太陽能熱泵供能的間歇性問題,采用簡單的輔助熱源并聯功能,已經不能滿足技術發展的需要。通過系統集成,構建使復合能源系統的組成高度簡化、造價便宜、用能合理的太陽能多熱源熱泵集成系統才是解決問題的途徑。
將太陽能利用技術、熱泵技術、蓄能技術等單一技能技術有機地結合在一起,構成一種具有綜合節能效果和環保效益的新“高位能+再生能源—供熱(冷) —廢棄物—再生能”的閉環循環的供暖(冷)模式,并以此替代傳統的“高位能—供暖(冷)—廢棄物”單向性供暖(冷)模式。基于這種新的理念來提高集成創新能力,節能應進入過程系統節能的時代,應把各種節能技術綜合起來,采用綜合的集成技術,發展太陽能蓄能熱泵集成系統,進一步研究和探索太陽能、其他可再生能源、熱泵技術和蓄能環節的耦合問題,即如何根據實際功能需求來配置各種能源,如何開發新型設備,使多種能源和技術更好地結合和應用,并解決聯合運行時的控制技術問題。
綜上所述,太陽能蓄能熱泵技術一直都是利用可再生能源的典范。利用太陽能技術、熱泵技術、蓄能技術的集成系統的發展,對降低采暖空調能耗、緩解能源緊張、減輕環境污染等問題都具有重大意義,可以產生深遠的影響。
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