综述：热泵系统耦合太阳能蒸馏器用于清洁水生产的研究进展综述

《Process Safety and Environmental Protection》：Review on research progress of solar stills coupled with heat pump system for clean water production

本文系统综述了热泵（HP）系统与太阳能蒸馏器（SS）耦合技术在清洁水生产中的最新研究进展。该混合系统通过利用热泵的热侧加热盐水、冷侧冷却水蒸气，同步强化蒸发与冷凝过程，显著提升淡水产量（75%–617%）及系统效率。文章重点分析了系统集成方案、性能提升机制及经济环境效益，为可持续海水淡化技术的开发提供了重要参考。

　　

引言

全球水资源短缺随着人口增长（2023年达81亿，预计2037年达90亿）和工农业用水需求激增而日益严峻。沙特阿拉伯作为世界最大海水淡化生产国（2023年产能达1150万m³/日），正积极推动可再生能源应用。然而，太阳能海水淡化成本（如超过30美元/m³）仍高于传统化石燃料淡化（低于0.5美元/m³）。能源与水的关联性（2021年能源部门消耗3700亿立方米淡化水）及气候变化压力，凸显了发展低成本可再生淡化技术的紧迫性。盆地式太阳能蒸馏器（BSS）虽结构简单，但存在产水量低、效率不足的缺陷，亟需通过技术创新突破瓶颈。

太阳能蒸馏器与热泵原理

太阳能蒸馏器（SS）通过光热转换实现蒸发冷凝，主要类型包括盆地式（BSS）和管式（TSS）。热泵（HP）系统通过制冷循环，利用蒸发器吸热冷却冷凝面、冷凝器放热加热盐水，形成“双效强化”机制。热泵能源可来源于太阳能或其他可再生能源，实现能量梯级利用。

太阳能蒸馏器与热泵的集成

集成方案通过热泵热端提升盐水温度（强化蒸发），冷端降低冷凝面温度（加速冷凝），显著提高系统效能。研究表明，该混合系统可使产水量提升75%–617%，具体增幅取决于气候条件与系统构型。例如，结合相变材料（PCM）可进一步将产水量提升9.8%–108%。技术优化方向包括降低单位产水能耗、优化热泵与蒸馏器的耦合方式。

讨论

集成系统的优势体现在产水效率跃升和可持续性增强，但面临初始投资较高、系统控制复杂等挑战。经济性分析表明，通过技术优化可将产水成本控制在可接受范围（如6.56美元/吨）。该系统对缓解能源-水关联压力及减少碳排放具有显著潜力，尤其适用于高日照地区的大规模应用。

结论与展望

热泵耦合太阳能蒸馏器技术具有巨大发展前景，但目前研究覆盖的蒸馏器类型（如PSS、TSS等）仍有限。未来需重点探索多类型蒸馏器集成、低成本材料应用及智能调控策略。该技术有望推动淡水生产向零碳化、低成本化转型，为全球水安全与气候目标提供关键支撑。