么亮
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摘要：经济的发展需要依靠能源技术的进步。非可再生能源的不断消耗和全球环境的不断恶化，促使可再生能源技术的应用逐步成为趋势。在供暖行业，一直以来主要依靠燃煤为主要能源，其不可再生性和带来的环境问题促使我们转变采供暖所用的能源。2016年年底，我国北方城乡建筑取暖总面积约206亿m2，使用的能源以燃煤为主，占总取暖面积的83%。为降低污染，打赢蓝天保卫战，我国积极推进发展清洁供暖技术。
关键词：太阳能；空气源热泵；运行效率；优化方案
引言
随着煤炭、天然气等化石能源的大量消耗和使用，城镇空气质量每况愈下，尤其是在供暖季节我国北方大气污染形势严峻，燃煤供暖锅炉也加剧了温室效应。因此清洁能源供暖替代技术应运而生。我国近年不断推进能源转型变革，以能源低碳化为方向，以高比例可再生能源为特征，逐步代替污染严重、供应紧张的传统化石能源，构建清洁低碳、安全高效的现代能源体系。很多地区可再生资源丰富，其中地热和太阳能资源居全国首位，已成为国家能源发展战略上的关注重点。
1太阳能－热泵耦合系统简介
太阳能－热泵耦合系统一般设计为太阳能和热泵２个单独运行的单元，此时热泵作为太阳能系统的辅助系统。以生活热水为例，在太阳能辐照度相对较高的情况下，太阳能集热器收集的热量完全能够满足热水需求，此时不需要开启空气源热泵系统；当太阳能辐照度不足或者无太阳能辐照度时，通过太阳能集热器所产生的热水温度不能满足用户热水需求，需要开启空气源热泵系统进一步提升热水温度至所需值。该系统虽然一定程度上缓解了能源压力，但可再生能源的利用效率相对较低。笔者所研究的系统是在传统空气源热泵基础上增加一个换热器，这样可将太阳能集热器所产生的低温热水作为该热泵系统的低温热源，以提升空气源热泵系统在寒冷季节的运行效率和可再生能源的利用效率。当太阳能辐照度不足时，该系统所制取的热水温度相对较低，不能直接供给用户使用，此时太阳能系统所产生的热量可作为热泵的低温热源，二者联合运行，所制取的热水可用于采暖或满足人们对生活热水的需求；当太阳能辐照度相对充足时，太阳能系统制取的热水可单独使用。
2目前供暖方式
燃气供暖、直接电供暖、地源热泵、空气源热泵等其中，燃气供暖对城市基础设施依赖度大，受到燃气管网和气源供给的制约，且成本高；直接电供暖有很多种类，如发热电缆、碳晶供暖、电暖器等，其运行成本很高；地源热泵运行成本低，但其初始投资成本高，建设工程量大，且无法对既有建筑进行改造，因此应用较少；地源热泵可能带来地表水温变化，地面沉降等问题；空气源热泵受机组功率和使用效果的影响，在寒冷的地区供暖效率较低。电储存供暖主要利用谷电供暖，具有价格优势，且对基础设施依赖度低，是最具经济性的供暖方式之一，具有占地面积小、运行成本低、自动化程度高、安全可靠等显著特点。
3太阳能耦合空气源热泵供能系统组合形式
根据空气源热泵和太阳能集热器之间的组合形可分为两类：一类是直接膨胀式，另一类是非直接膨胀式。在非直膨式太阳能热泵系统中，太阳能与空气源热泵系统分为3种方式：串联、并联和混联。
4我国能源发展战略
我国集中供暖区域占国土面积的70%左右，城市集中供暖面积及供暖管网长度逐年增高，农村地区供暖需求与供暖能耗更是快速增长。《能源发展战略行动计划(2014—2020年)》指出，要以开源、节流、减排为重点，确保能源安全供应，转变能源发展方式，调整优化能源结构，创新能源体制机制，着力提高能源效率，严格控制能源消费过快增长，着力发展清洁能源，推进能源绿色发展，着力推动科技进步，切实提高能源产业核心竞争力，打造中国能源升级版，为实现中华民族伟大复兴的中国梦提供安全可靠的能源保障。坚持节约、清洁、安全的战略方针，加快构建清洁、高效、安全、可持续的现代能源体系。实施绿色低碳战略，推进能源消费革命。积极发展天然气、核电、可再生能源等清洁能源，降低煤炭消费比重，推动能源结构持续优化。
5太阳能耦合空气源热泵供能系统优化策略
5.1相变储能与空气源热泵系统结合
相变储热技术在清洁供暖领域的应用形式多种多样，并且可以与空气源热泵有效结合，提升热泵的制热性能系数（COP），即热泵系统所能实现的制冷量或制热量与输入功率的比值。设计一套相变储热辅助热交换系统，与空气源热泵系统结合，证明相变储能系统能有效提升热泵的COP。研究了一种相变材料与太阳能热泵联动供暖系统。该系统在北京进行了详细测试，结果表明采用双水箱相变潜热储热器可提高太阳能热泵集热效率大约50%，有效提升系统COP。相变储能技术的应用提升了太阳能热泵系统的能源效率，使得热泵在寒冷的北方地区也能有较高的供暖效率。
5.2精准监控负荷变化优化系统控制策略
通过精准监控热负荷变化，进行系统集成控制策略的优化同时利用大数据管理分析对应热负荷条件下的控制方案，从而大大降低系统能耗水平，提升系统运行效率。
结束语
太阳能耦合空气源热泵供能系统是一个具有高能效、适应性强的供能系统。太阳能集热器与空气源热泵的灵活组合，实现能源互补，体现了绿色节能的特点。针对提高系统效率的方式，通过对热源装置结构进行改造优化，采用高效除霜方法，对蒸发器结构进行改造，解决空气源热泵在寒冷地区结霜问题。优化太阳能倾斜角度、集热器面积等参数，将太阳能的利用率达到最大，有效解决阴雨天等阳光不足的情况下造成的效率低下问题。蓄能装置和辅助热源作为应对房间负荷变化不稳定情况的辅助加热装置，可以保证系统能够在任何环境下都可以正常运行。
参考文献
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