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需求背景

大力发展清洁能源和可再生能源是我国的一项基本国策。近年以传统太阳能集热器为主的热水及供热应用市场份额明显下滑，突破原有太阳能热利用方式，创新太阳能转换新技术和新装置对于太阳能热利用产业发展具有重要意义。将太阳能集热与热泵循环结合，即可充分利用太阳能，又能通过热泵循环吸收空气中的热能，满足连续稳定供热需求。国际能源署太阳能供热制冷委员会主席-法国太阳能专家Daniel Mugnier博士认为“太阳能热泵高效、非常有潜力”。但如何将具有强烈动态特性的太阳能集热与要求运行稳定的热泵循环耦合，是亟需突破的难题。

大力发展可再生能源，特别是太阳能采暖，是清洁供热的重要方向。我国具有良好的太阳能开发利用条件，截至2018年底，全国年产各类太阳能集热器面积达3543 万平米，累计安装太阳能集热器达48233 万平米，实现全年节能7231万吨标煤。政策决策层面，《北方地区冬季清洁取暖规划(2017-2021年)》提出，要因地制宜选择供暖热源，大力推动太阳能供暖，我国山东、甘肃、北京等多地省、市也出台了鼓励支持太阳能供热的各种政策文件^]。2020年9月22日，习近平主席在第七十五届联合国大会一般性辩论上发表重要讲话，指出“应对气候变化《巴黎协定》代表了全球绿色低碳转型的大方向，…，采取更加有力的政策和措施，二氧化碳排放力争于2030年前达到峰值，努力争取2060年前实现碳中和”。大力发展太阳能是实现“碳达峰”的重要手段。12月，国务院发布国家《新时代中国能源发展白皮书》，明确指出：“推动太阳能多元化利用。……。推动太阳能热利用不断拓展市场领域和利用方式，在工业、商业、公共服务等领域推广集中热水工程，开展太阳能供暖试点，……”。

需解决的主要技术难题

在面临太阳能热利用行业技术创新不足，为实现行业新旧动能转换，亟需开发太阳能热利用新技术弥补产业漏洞，为可再生能源的发展提供新的技术路径。太阳能热驱动热泵高效供热技术的实施推广，可有效提高系统供热性能，降低二氧化碳排放量，从而实现高效绿色节能的住宅供热，为分布式可再生能源利用奠定基础。同时，在我国大力发展太阳能热驱动热泵高效供热技术，可减少化石燃料消耗，丰富社会能源结构，有利于缓解燃烧供暖性大气雾霾，促进节能环保，也是太阳能热利用技术的重要发展方向。

期望实现的主要技术目标

以太阳能热的高效、高贡献率供热为研究目标，通过热力学循环构建、太阳能动态高效集热、二者的耦合匹配和运行策略优化等相关基础问题研究，发展一种集热温度要求低，能实现太阳能供热倍增效应，适应宽环温、广地域供热的新型热泵循环方式，为利用太阳能实现清洁广地域供热提供更高效的方案，为太阳能热利用的发展拓展新的研究方向。另外，通过与其他太阳能供热技术路线的综合对比分析，阐明该太阳能供热技术路线的优越性。技术服务预期目标如下：

(1) 太阳能热泵循环方面：依靠热力学循环改造，更好地适应太阳能热源和环境温度特性，构建变工况适应能力强的高效复合热泵循环，基于供暖和供热水工况下的合理用热温度范围，获得循环的热源和环境温度适用边界；研究循环内部多重热量回收的具体方式，实现循环降耗和增效的协同优化；研究通过工作压力、压比和浓度差调节，实现不同热源、环境和用热温度的变工况条件下，复合热泵循环的稳定供热运行。同时结合集热器优化，确定太阳能与复合热泵循环的耦合匹配关系，实现太阳能热的大温区“高温高效、低温长时间利用”。

(2) 产品/技术/运行策略/应用拓展层面:开发相关样机，可利用太阳能或燃气等热源驱动，实现环境温度-30 ^oC以上，COP高于1.20的供热。提出太阳能有效供热时间和对应的有效集热温度指标，将运行参数调节和运行模式切换关联起来，建立具有良好源-荷侧变工况运行特性的多模式太阳能热驱动热泵供热系统，制定了宽温区太阳能热驱动的高效冷-热双供的运行策略，为太阳能高效、稳定供热制冷提供了有效的技术路线。此外，该技术要求具备推广到其他低品位热源(如工业余、废热等)的高效利用和供热等领域。

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