2024年5月6日发(作者：)

什么是太阳能热泵是什么意思,什么叫,定义,含义

太阳能热泵技术原理及其特点

太阳能热泵一般是指利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。它把热泵技术和太阳

能热利用技术有机的结合起来，可同时提高太阳能集热器效率和热泵

系统性能。集热器吸收的热量作为热泵的低温热源，在阴雨天，直膨

式太阳能热泵转变为空气源热泵，非直膨式太阳能热泵作为加热系统

的辅助热源。因此，它可全天候工作，提供热水或热量。

太阳能热泵的分类

根据太阳集热器与热泵蒸发器的组合形式，可分为直膨式

（direct-expansion soalar assisted heat pump，DX-SAHP）和非

直膨式。在直膨式系统中，太阳集热器与热泵蒸发器合二为一，即制

冷工质直接在太阳集热器中吸收太阳辐射能而得到蒸发。在非直膨式

系统中，太阳集热器与热泵蒸发器分立，通过集热介质（一般采用水、

空气、防冻溶液）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。

根据太阳能集热环路与热泵循环的连接形式，非直膨式系统又可进一

步分为串联式、并联式和双热源式。串联式是指集热环路与热泵循环

通过蒸发器加以串联、蒸发器的热源全部来自于太阳能集热环路吸收

的热量；并联式是指太阳能集热环路与热泵循环彼此独立，前者一般

用于预热后者的加热对象，或者后者作为前者的辅助热源；双热源式

与串联式基本相同，只是蒸发器可同时利用包括太阳能在内的两种低

温热源。

太阳能热泵的技术特点

太阳能热泵将太阳能利用技术与热泵技术有机结合起来，具有以

下几个方面的技术特点：

1）同传统的太阳能直接供热系统相比，太阳能热泵的最大优点是

可以采用结构简易的集热器，集热成本非常低。在直膨式系统中，太

阳集热器的工作温度与热泵蒸发温度保持一致，且与室外温度接近，

而非直膨式系统中，太阳能集热环路往往作为蒸发器的低温热源，集

热介质温度通常为20℃～30℃，因此集热器的散热损失非常小，集热

器效率也相应提高。有研究表明，在非寒冷地区即使采用结构简单、

廉价的普通平板集热器，集热器效率也高达60%～80%，甚至采用无

盖板、无保温的裸板集热器也是可以的。

2）由于太阳能具有低密度、间歇性和不稳定性等缺点，常规的太

阳能供热系统往往需要采用较大的集热和蓄热装置，并且配备相应的

辅助热源，这不仅造成系统初投资较高，而且较大面积的集热器也难

于布置。太阳能热泵基于热泵的节能性和集热器的高效性，在相同热

负荷条件下，太阳能热泵所需的集热器面积和蓄热器容积等都要比常

规系统小得多，使得系统结构更紧凑，布置更灵活。

3）在太阳辐射条件良好的情况下，太阳能热泵往往可以获得比空

气源热泵更高的蒸发温度，因而具有更高的供热性能系数（COP可达

到4以上），而且供热性能受室外气温下降的影响较小。

4）由于太阳能无处不在、取之不尽，因此太阳能热泵的应用范围

非常广泛，不受当地水源条件和地质条件的限制，而且对自然生存环

境几乎不造成影响。

5）太阳能热泵同其它类型的热泵一样也具有“一机多用”的优点，

即冬季可供暖，夏季可制冷，全年可提供生活热水。由于太阳能热泵

系统中设有蓄热装置，因此夏季可利用夜间谷时电力进行蓄冷运行，

以供白天供冷之用，不仅运行费用便宜，而且有助于电力错峰。

6）考虑到制冷剂的充注量和泄漏问题，直膨式太阳能热泵一般适

用于小型供热系统，如户用热水器和供热空调系统。其特点是集热面

积小、系统紧凑、集热效率和热泵性能高、适应性好、自动控制程度

高等尤其是应用于生产热水，具有高效节能、安装方便、全天候等优

点，其造价与空气源热泵热水器相当，性能更优越。

7）非直膨式系统具有形式多样、布置灵活、应用范围广等优点，

适合于集中供热、空调和供热水系统。易于与建筑一体化。

太阳能热泵热水器的研究现状

早在20世纪50年代初，太阳能热利用的先驱者Jodan和

Therkeld就指出了太阳能热泵的优越性，即可同时提高太阳能集热器

效率和热泵系统性能。随后，日本、美国、瑞典、澳大利亚等发达国

家纷纷投入了大量的人力、物力对太阳能热泵进行深入的研究与开发，

在各地实施了多项太阳能热泵示范工程，例如宾馆、住宅、学校、医

院、图书馆以及游泳馆等，取得了一定的经济效益和良好的社会效益。

在能源和环境问题日益严峻的今天，太阳能热泵因其具有显著的节能

性和环境友好性，得到了越来越广泛的关注。近年来，土耳其、印度

尼西亚等发展中国家也对太阳能热泵进行了大量的研究。在产业化发

展方面，美国的SolarKing系列太阳能热泵供热设备以及澳大利亚的

Quantum系列太阳能热泵热水器等就是比较典型的产品范例。

我国对太阳能热泵的研究起步较晚，有关文献和报道均在十几年

内。天津大学、东南大学、青岛建筑工程学院、上海交通大学等先后

对太阳能热泵进行了实验及理论研究，取得了一定的成果。天津大学

对串联式太阳能热泵供热水系统进行的实验研究和理论分析表明，该

系统可以一年四季可*运行，向用户提供50℃生活热水，COP达到

2.64～2.85（冬天），2.61～3.5（夏天）。青岛建筑工程学院对串联

式太阳能热泵供暖系统进行了实验研究，该系统具有多功能调节能力，

冬季热泵供暖时热泵机组工作稳定，COP平均值达到2.71，具有明显

的节能效果。上海交通大学对直膨式太阳能热泵热水器进行了试验研

究，该热水器可全天候提供45～50℃生活热水150L，每天耗电量约

为1kW·h（夏）～2kW·h（冬），其分体式结构尤其适合于高层或多

层建筑，此外，这种热水器在阴雨天可以照常工作，其工作形式转变

为空气源热泵。

太阳能热泵与建筑结合的应用

近年来，随着太阳能事业的发展和建筑节能的要求，随着城市的

发展和人民生活水平的提高，“太阳能与建筑一体化”和“全天候供

热”已成为我国太阳能热利用的重要议题。“太阳能与建筑一体化”

就是把太阳能产品作为建筑部件安装，使其有机结合起来，符合建筑

美学要求，并尽可能地利用太阳能等新能源和可再生能源替代常规能

源以减少建筑能耗对常规能源的依赖，降低建筑能耗占我国总能耗的

比例，并提高常规能源利用率。由于太阳能热泵具有集热效率高、供

热性能系数高、形式多样、布置灵活、一机多用、应用范围广等优点，

能较好地满足“太阳能与建筑一体化”的要求。由于太阳能具有低密

度、间歇性和不稳定性等缺点，常规的太阳能供热系统很难满足“全

天候”的要求，为满足“全天候”的要求，常规方法是采用电加热或

燃气加热为辅助热源，但容易引发安全问题，且消耗了大量优质能源，

而采用太阳能供热系统就能较好地解决“全天候”的问题。目前，我

国太阳能热泵主要应在公共建筑物上，例如，北京奥运村和奥运场馆

的生活热水和加热的能量都采用太阳能热泵供热系统。

太阳能热泵技术存在的问题

我国太阳能热泵的发展和应用还存在着一些问题：

1）投资经济性。能源结构和燃料价格直接影响太阳能热泵的经济

性，例如，我国西部地区以煤炭为主的能源结构以及较低的燃料价格

必将影响太阳能热泵的市场竞争力。同时，太阳能热泵系统初投资偏

高也是影响其经济性的重要因素之一。

2）性能可*性。各种类型的太阳能热泵性能有待提高，要使部件

之间的匹配关系达到投资运行最佳效益，要将系统设计与建筑设计结

合起来，既要考虑系统性能又要考虑建筑美观，要实行智能化控制，

这需要各个专业、各个领域的人共同努力、相互配合。

3）公众对这一技术缺乏足够的了解和认识。目前，在我国制约太

阳能热泵应用的主要障碍是系统初投资较高以及政府、建筑设计人员

和公众对这一技术缺乏足够的了解和认识。通过政府部门、科研机构

和工程技术人员的共同努力，借鉴国外的成功经验，我国太阳能热泵

将得到较快的推广和发展。

太阳能是地球上一切能的主要来源，是无穷无尽无公害的洁净能