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空气源热泵烘干与太阳能集热器的耦合原理及技术

2018-04-19

      在冬日北方地区用空气源热泵烘干,必须解决两方面的问题:一是解决空气源热泵在低温工况下的适用性问题;二是空气源热泵室外蒸发器结霜问题。而解决这两个问题的重要突破就是提高蒸发器的低位热源温度,这也是多能互补所应用于热泵烘干的主要方式之一。其主要应用方法是通过太阳能、地热能、电、燃气(油)、生物质能和可利用废热等易获得的中低温热源进行对蒸发器端的低位热源进行供给,亦可以在供热端进行不同种类的热源替代供给。因此能够有效的利用易取得的低品位热源进行适宜的能量供给是多能互补技术的关键。
 

 

      在多能互补的能源利用模式中,根据当地能够有效利用的能源不同,也形成了不同的互补模式。由于太阳辐射具有分散性强,能流密度低,并适宜得到,成为多能互补的主要应用能源,地热能多应用于建筑供暖型热泵。在烘干领域中,针对多能互补型热泵主要是依托太阳能的利用,并采用蓄热的方式进行弥补太阳能间歇性供给的不足,以此进行研究应用的互补型热泵烘干系统模式。

      我国 早于1986年开始对太阳能—热泵联合干燥系统进行研究,据太阳能集热器内集热介质的不同,太阳能热泵系统可分为:直膨式太阳能热泵系统(DX-SAHP)和间接膨胀式太阳能热泵系统(IDX-SAHP)。直膨式太阳能热泵系统制热循环是基本的蒸气压缩热泵循环,其主要将太阳能集热器与蒸发器合为一体,热泵工质直接通过太阳能集热器内部进行吸收热量并蒸发。而间接膨胀式太阳能热泵系统则是分离的。太阳能集热部分通常是通过集热介质在集热器中吸收太阳能,集热介质通常作为蒸发器低位热源,经热泵循环升温后再加热需要加热的物体。

      同时有研究人员将太阳能光伏与热泵集成,产生新的混合系统,改善热泵流程,并制成蒸发器集热板。该装置中,部分吸收的太阳能被转化为电能,而其他的太阳能转化为热能,为蒸发器提供热量。结果相比其他常规热泵系统,不仅可以产生可供压缩机使用的电量,也大大提高了热泵的COP,实现了更高的光电效率。在农产品干燥中,热泵与太阳能集热器耦合可以提高空气集热器的热效率值得范围为0.7-0.75,同时蒸发集热器效率在0.8-0.86间变化,提高的效率主要是由于减少了集热器的热损失。

      太阳能辐射量具有很大的不稳定性,其辐射热量有季节、昼夜的规律变化,同时还受阴晴云雨等随机因素的强烈影响。为消除太阳能不稳定的影响,当太阳能辐射量较大时,通过蓄热的方式将热量进行储存,然后当太阳能辐射量减少之后再利用其储存的热量,达到一种“削峰填谷”的作用,有效的平衡热泵工作的效率,提高整体的运行效果。

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