空气源热泵作为太阳能热水系统辅助热源初探

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摘要 空气源热泵作为太阳能热水系统辅助热源，弥补了常规太阳能热水系统的缺陷，特别适用于充分利用太阳能的前提下，仍然需要大量使用辅助热源的太阳能热水系统。两者有机结合，既可充分利用太阳能，又可节约辅助能源，最大限度降低运行成本，节省费用。

关键词空气源热泵 太阳能辅助热源 集热容积 储热容积

中图分类号：TK511 文献标识码：A 文章编号：

1简介

空气能热泵热水机是继电、燃气、太阳能后的第四代热水器，用一度电可以获取4度电产生的热量，是一种非常高效节能的新型产品。

如果全国25%的家庭换用热泵热水机，一年就可节约电能约1420亿千瓦时（三峡电站2008年发电量才808亿千瓦时，相当于为国家建立了一个半的三峡电站；相当于节约了1730万吨标准煤；减少二氧化碳排放3690万吨，减少二氧化硫排放14.7万吨。

空气能热泵热水器以电能为工作能源，热源来自空气中热能，不存在任何污染；运行过程中水电完全隔离，靠铜管导热，使用绝对安全；工作过程主要热量由空气中取得，同时电热能也转换为热量，因此它加热同样体积热水所需费用非常低。

2优点

太阳能集热系统的最大优势在于，在日照充足条件下，整个系统运行成本几乎为零，这也是在太阳能比较丰富的地区以太阳能作为生产热水主要能源的重要原因。其缺点在于，当天气条件不利（如光照不足、夜间等情况）或者屋面可放置集热器面积有限时，只能依靠辅助热源进行加热。

空气源热泵热水机组与太阳能集热系统相比，最大优势在于只要室外环境温度在机组运行范围内（-10～50℃）就可以全天候直供热水，弥补了太阳能本身存在的缺陷；同时在相同条件下，机组占地面积远小于太阳能集热板的占地面积。

可见，空气源热泵作为太阳能集中热水系统辅助热源最大特点是，弥补了常规太阳能热水系统的缺陷，且其本身具有节能性。因此，将空气源热泵作为太阳能集中热水系统辅助加热系统特别适用于太阳能较丰富、年平均气温在20～30℃地区，在充分利用太阳能的前提下，仍然需要大量使用辅助热源的太阳能热水系统，如酒店、病房楼等需要24小时热水供应，且夜间热水用水量较大的建筑热水系统。两者有机结合，既可充分利用太阳能，又可节约辅助能源，最大限度降低运行成本，节省费用。

3系统原理

（1）太阳能定温放水功能，太阳能产生的热水可以随时利用。

（2）水箱水满温差循环功能，充分利用太阳能。

（3）热泵加热联动功能，根据太阳能产水标准或用户设定标准启闭辅助加热。达到优先、充分利用太阳能前提下，在设定时间段内储热水箱缺水、集热水箱低温时启闭辅助加热，保证热水供应。

（4）热水供水管道供水时间段内水温自动温控循环功能，保证供水管路恒温，降低系统热损。

（5）温控自动防冻功能，根据管路温度自动启闭防冻功能，以保证系统的安全。

（6）集热水箱水温达到设定温度，储热水箱未满水时，启闭集热水箱向储热水箱循环泵泵水，集热水箱缺水或储热水箱满水时停止。

（7）设定时间段内储热水箱缺水，若集热水箱也缺水，启闭补水电磁阀补水，直到满水为止；若集热水箱满水但低温，启闭辅助加热空气源热泵进行循环加热，达到设定温度时停止加热，启闭集热水箱向储水箱补水的循环泵。

（8）储热水箱低温，同时启闭集热水箱向储热水箱补水循环泵和储热水箱向集热水箱循环泵，进行对等循环热交换，若集热水箱低温，同时也启闭辅助加热循环泵，直到储热水箱水温达到设定温度。

（9）环境温度低时，启闭太阳能循环泵。

4工程实例

以宜昌某酒店的太阳能集中热水系统为例：

设计系统日用热水量10㎥，最大时用水量为1㎥/h，热水计算温度 55 ℃，冷水计算温度15℃。

4.1太阳能集热系统设计

太阳能集热系统日均产水量

据资料查得宜昌市太阳能集热器采光面上的年平均日太阳辐射量＝10.900MJ/㎡；太阳保证率f以0.8计；设计安装太阳能集热器面积Ac＝108㎡，集热器年平均集热效率，＝0.5；管路及贮水箱热损失率，＝0.2。则日均产水量为Q==3.5(㎥/d)

太阳能集热水箱容积

本系统中，太阳能集热水箱仅作为太阳能本身储热使用，其容积可按集热系统日均产水量确定，即为3.5㎥。

太阳能热水循环泵选型

太阳能集热系统循环流量q=0.02×108=2.16(L/s)。循环水泵的扬程依据所需克服的系统阻力确定。

4.2 空气源热泵辅助加热系统设计

在本工程设计中，最不利状况下，全天热水均由空气源热泵机组生产热水，即每小时产水量为10/24=0.42(㎥/h)。查得某品牌某型号直热式空气源热泵机组的输出制热功率为4530W。则所需该型号空气源热泵机组的台数

保温热水箱容积

该酒店实行全日供热水，保温水箱作为整个系统的供水箱，可按最高日热水用量来确定，即V=10㎥。

热水箱循环泵选型

热水箱循环泵的流量可按每小时讲热水箱内的热水循环2～4次来确定，本系统按1小时循环2次设计，则循环流量1/0.5=2(㎥/h)。循环水泵的扬程依据所需克服的系统阻力确定。

5配置说明

系统运行的经济合理性：考虑到不同季节热水需求的变化及热泵机组在不同季节运行的特点，减少加热能耗，提高系统运行的可靠性和安全性，适应不同用水需求的能力，采用高效热泵机组循环加热的热水系统优化设计方案，，达到节约日常运行费用的目的。

安全性方面：系统设计应完全按照国家有关防火、防震等安全性规范要求设计，并留有消防和检修通道，热泵机组设计完全符合规范要求的防护和安全要求；各种设备基础均采用锚固方法与建筑结构可靠牢连接，与建筑成为一体，符合抗震和防台风要求；控制系统具有防漏电和可靠接地，系统屋面设备、管道均按规范配置相应的防雷电装置并与各自天面防雷系统成为一体。管道穿越墙、楼板以及管道横跨楼房沉降缝均按要求加设套管并做防水处理，设置防止沉降配件；循环管道、供（回）水管道按照要求的坡向、坡度制作安装；水箱、热泵机组和管道支架基础，须锚固在承重结构上，预埋件锚固按照规范要求进行防腐处理，并做好相关防水处理。水箱、热泵机组、泵类、阀类等设备在现场安装完毕均做水压试验及气密性试验和质检工作；各种管道分阶段进行水压试验，系统完工后，各分项调试合格后再进行总调试，确保系统的安全可靠。

工艺技术要求：热泵机组进口均设置Y型过滤器保证进入热泵机组的水不含杂质。在热泵及水泵进出口均安装可曲挠柔性橡胶接头，并且在热泵机组及水泵与楼面基础之间设置橡胶减震设备，避免设备与楼板之间产生共振，保证系统运行的安全可靠。

参考文献

欧云峰，空气源热泵辅助加热太阳能集中热水系统设计探讨，给水排水，2009（9）：82～84

陈伟，可再生能源和节能设备加热生活热水系统设计参数探讨，给水排水，2012（9）：79～83