近日，云南师范大学太阳能研究所李明教授课题组硕士研究生徐罗楠在《Building Simulation》发表题为《Applicability and comparison of solar-air source heat pump systems between cold and warm regions of plateau by transient simulation and experiment（高原下寒冷和温暖地区太阳能-空气源热泵系统瞬态模拟与实验对比及适用性研究）》的研究论文。
研究背景
尽管使用太阳能作为单一热源的太阳能热水系统能耗远低于使用双热源的太阳能-辅助热源联合供暖系统，然而太阳能的不稳定性决定了不论是真空管集热器还是平板集热器均只能在日照时间下进行制热并储存，使得大多数地区寒冷季节的阴、雨、雪天气，仅使用单一太阳能集热器的供暖系统难以满足热水及供暖需求。而采用空气源热泵作为太阳能不足时的第二热源进行供热，借助其高能效比、运行稳定、热转换效率较高的特点，可以较好地起到与太阳能互补的作用。
现有太阳能-空气源热泵（solar-ASHP）供暖系统的研究中，系统在寒冷气候地区难以满足建筑用热需求，而在温和气候地区则出现制热性能远高于建筑用热需求。因此，以往采用的静态分析的方法对系统的研究容易出现误差较大，确立动态可调的模型用于客观分析采用太阳能-热泵合理匹配，对于建筑节能及科学化评价具有重要意义。
论文研究内容
太阳能-空气源热泵供暖系统在住宅建筑热水和供暖领域具有优势互补的特点，解决了单一太阳能系统无法全时段连续运行和单一空气源热泵系统结霜导致制热性能下降的问题。作者在高原不同地区（昆明和香格里拉）分别搭建了太阳能-空气源热泵供暖系统，并测试系统在不同天气条件下的制热及供暖性能。同时，建立系统在日照和非日照时段的瞬态热量平衡模型，并通过实验结果进行验证，得出系统制热量和建筑热负荷需求之间的热量平衡关系。通过对模型验证与实验结果的综合分析得出环境温度、集热器有效集热面积和累积制热量对系统性能的影响规律。
研究工作亮点
（1）针对系统在不同天气下的运行模式，提出系统制热-储热-供热过程的瞬态热量平衡模型，确定了系统制热量、热损失、建筑需热量的热量来源与流向，并对日照时间与非日照时间和其它复杂工况下的动态热量平衡进行验证及分析。
（2）针对系统制热量与建筑需热量的热量匹配关系，并结合系统全年不同月份的能耗与建筑热利用率，提出了“太阳能空气能双热源-供热水供暖全负荷特性”的热量匹配关系及对应的系统匹配方案。
主要研究结论
论文指出，当环境温度在非日照时间每降低1℃，热泵能效比降低约0.07；集热器有效集热面积每减少1m²，系统制热能力增加5.75MJ；集热器累计制热量每增加5 MJ，空气源热泵能耗降低0.54kW·h。环境温度和瞬时太阳辐照度的动态变化是热量平衡变化的主要原因。经实验与模拟分析，所构建的太阳能-空气源热泵系统和热量匹配模型在高原不同气候地区的应用具有可行性和可靠性。 图文导读：
Fig. 1 The schematic diagram of the system
Fig. 2 The heat transfer among the components in the sunlight time mode and Non-sunlight time mode
Fig. 3 ASHP heating capacity and EER verification: (a) results in Kunming; (b) results in Shangri-La
Fig. 4 Building heat demand verification: (a) results in Kunming; (b) results in Shangri-La
课题组简介
本文为云南师范大学太阳能研究所李明教授课题组研究成果，论文研究工作获得云南省科技惠民计划“香格里拉县藏式节能民居建设及社区信息服务技术集成应用示范”项目的支持。李明教授课题组主要从事以太阳能为主的可再生能源综合利用，利用太阳能与辅助能源开展制冷、干燥、热水及采暖等相关基础理论、关键技术与应用研究。论文第一作者徐罗楠为课题组毕业硕士研究生，目前就职于云南能源投资股份有限公司从事可再生能源专业领域的相关工作。
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