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随着我国经济的快速增长,建筑空调采暖能耗迅速升高,由燃烧传统化石能源进行供暖所导致的能源短缺和环境污染等问题日益突出,开发利用清洁可再生能源的任务迫在眉睫。太阳能和空气能是两种即取之不尽,又对环境污染较轻的可再生能源,近年来受到极高的重视与青睐。空气源热泵体积小,效率高,可以取代以燃煤方式进行的集中供暖,在“煤改电”市场中起到了举足轻重的作用。目前太阳能的利用多处于制备生活热水阶段,由于它的时效性和不稳定性,在建筑供暖时受到了限制,需采用其他能源辅助或蓄能技术等方式进行优化。因此,将太阳能与空气能相结合的供暖方式运势而出。现有的太阳能与空气能耦合利用方式多体现为太阳能—空气源热泵系统、太阳能预热空气的空气源热泵系统和太阳能相变蓄热辅助空气源热泵系统,这些系统普遍存在占地面积大、初投资昂贵等问题。提出的太阳/空气能热泵(SASIHP),以传统空气源热泵为基础,在蒸发器表面喷涂太阳能选择性吸收涂层,构成核心部件——太阳/空气能集热蒸发器。SASIHP在保持机组占地面积小、安装方便、与空气强制对流的优势上增加太阳能的吸收,达到多方位能源利用,提高系统性能的目的。提出的宽面鼓风式太阳/空气能热泵(WF-SASIHP),其集热蒸发器是在SASIHP集热蒸发器的基础上以减少管排数的方式加宽,构成的宽面鼓风式太阳/空气能集热蒸发器,并设置在风机鼓风侧,使其具有更大的太阳能集热面,可以在同等条件下吸收更多的太阳能。常规翅片管式蒸发器的总传热热阻包括制冷剂侧对流换热热阻、空气侧对流换热热阻和管壁导热热阻,并没有考虑太阳辐射的影响。所述太阳/空气能集热蒸发器与传统翅片管式不同,其表面涂有太阳能吸收涂层,需考虑太阳能得热以及壁面与空气间的辐射换热。因此,在原有翅片管式蒸发器的稳态数学模型的基础上,引入太阳辐射得热系数和太阳辐射对流传热系数,分别表示单位面积翅片管每升高1K所获得的太阳辐射能和与周围环境之间的对流换热量,从而构建新型太阳/空气能集热蒸发器的数学模型。经实验验证,修正后的模型误差在5%以内,而用传统数学模型计算太阳/空气能集热蒸发器的换热,误差超过10%。用MATLAB编程软件编写太阳/空气能集热蒸发器模拟仿真程序、宽面鼓风式太阳/空气能集热蒸发器的设计程序和太阳/空气能集热蒸发器及其热泵性能参数的模拟程序,依次用来模拟仿真太阳/空气能集热蒸发器、计算宽面鼓风式太阳/空气能集热蒸发器结构参数以及模拟太阳/空气能集热蒸发器及其热泵在不同太阳辐照下的性能参数。用FLUENT软件对WF-SASIHP进行气流组织的模拟计算,结果表明,风机鼓风侧较吸风侧的平均风速更大,模拟数值与实验测试值相近。以风机鼓风侧平均风速为集热蒸发器迎面风速,采用与SASIHP相同的额定制热量与压缩机功率,在室外温度为0℃,湿度为15%,无太阳辐照的气象条件下对WF-SASIHP的集热蒸发器进行设计计算。经计算,WF-SASIHP的集热蒸发器总换热管长为20m,总风量为3000m~3/h,额定COP为3.489。对比不同太阳辐照下SASIHP集热蒸发器与WF-SASIHP集热蒸发器的性能参数,WF-SASIHP集热蒸发器的总传热系数较大,总热阻在150W/m~2后低于一代集热蒸发器。对比不同太阳辐照下SASIHP RFHW与WF-SASIHP RFHW的性能参数,WF-SASIHP RFHW的系统COP在太阳辐照高于250 W/m~2后逐渐高于SASIHP RFHW,在太阳辐照为700 W/m~2时达到3.87。总体上,WF-SASIHP的性能受太阳辐照影响更大。