太陽能+熱泵中央熱水系統的工作原理及實用意義

　　太陽能+熱泵中央熱水系統的工作原理

　　太陽能與太陽能輔助加熱空氣源熱泵結合作為中央熱水系統的熱源，其目的在于取長補短，使二者互為補充，互為備用。在日照充足時優先使用太陽能加熱熱水，利用太陽能集熱器產生的低溫熱水作為太陽能輔助加熱空氣源熱泵的輔助熱源，從而改善熱泵的運行工況，提高其制熱性能。這種組合形式，使二者均在相對比較穩定高效的條件下工作，保證系統全年全天候的衛生熱水供應。空氣源熱泵制熱過程本質上是對空氣中蘊藏的太陽熱能的提升利用，根據熱泵的工作特性，在整個熱水系統的運行過程中，熱泵機組作為輔助熱源運行所供應的熱量中，只有一小部分來自電能，所以太陽能+熱泵中央熱水系統大大提高了太陽能利用率，減少了對一次能源的消耗。

　　太陽能+熱泵中央熱水系統的運行主要有以下四種工況：

　　1.太陽能加熱生活熱水在大部分日照良好的晴天，系統按此工況工作，此時太陽能循環泵的工作由系統控制器根據太陽能集熱器和熱水箱的溫度進行控制，源源不斷地利用集熱器采集的熱量通過中間換熱器輸送到熱水箱。

　　2.太陽能輔助熱泵機組加熱生活熱水當陰天或多云天氣，當太陽能集熱溫度低于熱水箱水溫不足以直接加熱生活熱水時，熱泵機組啟動，利用空氣作為熱源加熱熱水箱內生活熱水。在秋冬季節，當環境溫度低于熱泵的經濟運行溫度時，熱泵機組的制熱效率下降并且蒸發器表面結霜，此時，熱泵輔助加熱循環啟動，高于環境溫度的低溫太陽能熱水進入熱泵機組輔助換熱器內，預熱通過的空氣，使熱泵效率提高，并且具有防止蒸發器結霜的作用，可以節約熱泵機組的耗電量。

　　3.太陽能和熱泵機組同時加熱生活熱水在晴天日照良好時，如果熱水系統的耗熱量大于太陽能集熱系統的有效供熱量或太陽能集熱器的數量較少，不能滿足熱水系統的用熱需求，則太陽能和熱泵機組同時工作向熱水系統供熱。

　　4.熱泵機組直接加熱生活熱水在連續的雨雪天氣，熱水系統所需熱量完全由空氣源熱泵機組提供。此時，太陽能系統處于待機狀態，熱泵機組單獨工作對熱水箱加熱。

　　太陽能+熱泵中央熱水系統設計

　　1.太陽能輔助加熱空氣源熱泵機組功率的確定：

　　太陽能+熱泵中央熱水系統中，太陽能輔助加熱空氣源熱泵機組在晴好天氣作為太陽能集熱系統的輔助熱源設備，在太陽能資源不足時或陰雨天氣作為系統的主要熱源保證熱水的正常供應，所以其制熱功率應按照整個熱水系統的設計熱負荷進行確定。對于全日制中央熱水系統，熱泵機組功率按照熱水系統設計小時熱負荷確定，對于非全日制中央熱水系統，熱泵機組的功率應根據最大用水量、熱水箱容積、加熱時間等參數進行確定。熱泵機組的額定制熱功率不小于中央熱水系統的設計負荷，在冬季比較寒冷的地區，可適當加大機組的型號，使其盡量在一天中氣溫比較高的時段內運行，在較短的時間內滿足系統的用熱需求。

　　2.太陽能集熱器面積的確定：

　　太陽能+熱泵中央熱水系統中，太陽能集熱器的面積應以熱水系統的設計熱負荷或根據實際情況確定的太陽能供熱量作為基本依據，并分析計算項目所在地單位面積的太陽能集熱器平均每日有效得熱量，從而確定太陽能集熱器的安裝面積。

　　熱水工程中，太陽能集熱器一般是固定角度安裝，其單位面積日有效得熱量隨季節的變化和每日內太陽輻照強度的變化，并不是一個固定值。其影響因素主要有集熱器的安裝角度、系統運行工況、所在地氣象參數和太陽輻照量等。不同的集熱器類型具有不同的集熱效率，其有效得熱量也不同，所以在實際應用中一般根據集熱器生產廠家提供的集熱器集熱效率等性能參數和太陽輻照資料進行分析計算，取全年平均值。

　　3.太陽能集熱系統形式：

　　對于太陽能+熱泵中央熱水系統，太陽能集熱系統既作為熱水加熱的主要熱源又作為熱泵機組的輔助熱源，并且應能承受較低的環境溫度，所以應采用閉式系統，系統循環工質采用防凍液溶液。

　　太陽能+熱泵中央熱水系統的實用意義

　　1.運行可靠

　　作為太陽能+熱泵中央熱水系統的主要組成部分，太陽能和空氣源熱泵都是技術成熟的節能環保產品。太陽能在生活熱水系統中的規模化利用已有20余年的歷史，空氣源熱泵的大量應用也有數十年的歷史，太陽能熱泵中央熱水系統將太陽能與空氣源熱泵技術有機結合，在不影響二者原有運行功能的條件下，使其運行效率顯著提高，從而能夠保證系統穩定可靠運行，節約熱水系統常規能源消耗。

　　2.節能

　　根據我國北方大部分地區的太陽輻照資料，按照衛生熱水系統平均耗熱量和太陽能集熱器日平均得熱量確定太陽能熱水系統的集熱器面積，太陽能+熱泵中央熱水系統中，太陽能直接加熱可滿足熱水系統全年60%～80%的熱量需求，其余20%～40%熱量由太陽能輔助加熱空氣源熱泵機組供應，熱泵平均COP可達3.0，即其所供應熱量有65%以上來自集熱器不能直接利用的太陽能和空氣熱能。在整個系統運行中，集熱器吸收的太陽能的利用率接近100%，輔助加熱的電力消耗只占系統總能耗的7%～14%，較常規能源的熱水系統可至少節能85%以上。

　　通過上述分析可見，太陽能+熱泵中央熱水系統是一種性能可靠、環保節能的熱水系統形式，該系統只使用太陽能及少量的電能，對環境沒有任何污染。在白天最低溫度一15%以上、太陽輻照良好的我國大部分地區都可推廣應用。統一熱水供應，冬天采暖運行時節約常規能源60%以上，在我國大部分冬冷夏熱地區，本系統也可與建筑物采暖空調