太陽能+熱泵中央熱水系統(tǒng)的工作原理

　　太陽能與太陽能輔助加熱空氣源熱泵結(jié)合作為中央熱水系統(tǒng)的熱源，其目的在于取長補(bǔ)短，使二者互為補(bǔ)充，互為備用。在日照充足時(shí)優(yōu)先使用太陽能加熱熱水，利用太陽能集熱器產(chǎn)生的低溫?zé)崴鳛樘柲茌o助加熱空氣源熱泵的輔助熱源，從而改善熱泵的運(yùn)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(wěn)定高效的條件下工作，保證系統(tǒng)全年全天候的衛(wèi)生熱水供應(yīng)?？諝庠礋岜弥茻徇^程本質(zhì)上是對空氣中蘊(yùn)藏的太陽熱能的提升利用，根據(jù)熱泵的工作特性，在整個(gè)熱水系統(tǒng)的運(yùn)行過程中，熱泵機(jī)組作為輔助熱源運(yùn)行所供應(yīng)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(tǒng)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(tǒng)的運(yùn)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(tǒng)按此工況工作，此時(shí)太陽能循環(huán)泵的工作由系統(tǒng)控制器根據(jù)太陽能集熱器和熱水箱的溫度進(jìn)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(jī)組加熱生活熱水當(dāng)陰天或多云天氣，當(dāng)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(shí)，熱泵機(jī)組啟動(dòng)，利用空氣作為熱源加熱熱水箱內(nèi)生活熱水。在秋冬季節(jié)，當(dāng)環(huán)境溫度低于熱泵的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行溫度時(shí)，熱泵機(jī)組的制熱效率下降并且蒸發(fā)器表面結(jié)霜，此時(shí)，熱泵輔助加熱循環(huán)啟動(dòng)，高于環(huán)境溫度的低溫太陽能熱水進(jìn)入熱泵機(jī)組輔助換熱器內(nèi)，預(yù)熱通過的空氣，使熱泵效率提高，并且具有防止蒸發(fā)器結(jié)霜的作用，可以節(jié)約熱泵機(jī)組的耗電量。

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

　　4.熱泵機(jī)組直接加熱生活熱水在連續(xù)的雨雪天氣，熱水系統(tǒng)所需熱量完全由空氣源熱泵機(jī)組提供。此時(shí)，太陽能系統(tǒng)處于待機(jī)狀態(tài)，熱泵機(jī)組單獨(dú)工作對熱水箱加熱。

　　太陽能+熱泵中央熱水系統(tǒng)設(shè)計(jì)

　　1.太陽能輔助加熱空氣源熱泵機(jī)組功率的確定：

　　太陽能+熱泵中央熱水系統(tǒng)中，太陽能輔助加熱空氣源熱泵機(jī)組在晴好天氣作為太陽能集熱系統(tǒng)的輔助熱源設(shè)備，在太陽能資源不足時(shí)或陰雨天氣作為系統(tǒng)的主要熱源保證熱水的正常供應(yīng)，所以其制熱功率應(yīng)按照整個(gè)熱水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)熱負(fù)荷進(jìn)行確定。對于全日制中央熱水系統(tǒng)，熱泵機(jī)組功率按照熱水系統(tǒng)設(shè)計(jì)小時(shí)熱負(fù)荷確定，對于非全日制中央熱水系統(tǒng)，熱泵機(jī)組的功率應(yīng)根據(jù)最大用水量、熱水箱容積、加熱時(shí)間等參數(shù)進(jìn)行確定。熱泵機(jī)組的額定制熱功率不小于中央熱水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)負(fù)荷，在冬季比較寒冷的地區(qū)，可適當(dāng)加大機(jī)組的型號，使其盡量在一天中氣溫比較高的時(shí)段內(nèi)運(yùn)行，在較短的時(shí)間內(nèi)滿足系統(tǒng)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(tǒng)中，太陽能集熱器的面積應(yīng)以熱水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)熱負(fù)荷或根據(jù)實(shí)際情況確定的太陽能供熱量作為基本依據(jù)，并分析計(jì)算項(xiàng)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(jié)的變化和每日內(nèi)太陽輻照強(qiáng)度的變化，并不是一個(gè)固定值。其影響因素主要有集熱器的安裝角度、系統(tǒng)運(yùn)行工況、所在地氣象參數(shù)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(shí)際應(yīng)用中一般根據(jù)集熱器生產(chǎn)廠家提供的集熱器集熱效率等性能參數(shù)和太陽輻照資料進(jìn)行分析計(jì)算，取全年平均值。

　　3.太陽能集熱系統(tǒng)形式：

　　對于太陽能+熱泵中央熱水系統(tǒng)，太陽能集熱系統(tǒng)既作為熱水加熱的主要熱源又作為熱泵機(jī)組的輔助熱源，并且應(yīng)能承受較低的環(huán)境溫度，所以應(yīng)采用閉式系統(tǒng)，系統(tǒng)循環(huán)工質(zhì)采用防凍液溶液。

　　太陽能+熱泵中央熱水系統(tǒng)的實(shí)用意義

　　1.運(yùn)行可靠

　　作為太陽能+熱泵中央熱水系統(tǒng)的主要組成部分，太陽能和空氣源熱泵都是技術(shù)成熟的節(jié)能環(huán)保產(chǎn)品。太陽能在生活熱水系統(tǒng)中的規(guī)模化利用已有20余年的歷史，空氣源熱泵的大量應(yīng)用也有數(shù)十年的歷史，太陽能熱泵中央熱水系統(tǒng)將太陽能與空氣源熱泵技術(shù)有機(jī)結(jié)合，在不影響二者原有運(yùn)行功能的條件下，使其運(yùn)行效率顯著提高，從而能夠保證系統(tǒng)穩(wěn)定可靠運(yùn)行，節(jié)約熱水系統(tǒng)常規(guī)能源消耗。

　　2.節(jié)能

　　根據(jù)我國北方大部分地區(qū)的太陽輻照資料，按照衛(wèi)生熱水系統(tǒng)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(tǒng)的集熱器面積，太陽能+熱泵中央熱水系統(tǒng)中，太陽能直接加熱可滿足熱水系統(tǒng)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(jī)組供應(yīng)，熱泵平均COP可達(dá)3.0，即其所供應(yīng)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(gè)系統(tǒng)運(yùn)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(tǒng)總能耗的7%～14%，較常規(guī)能源的熱水系統(tǒng)可至少節(jié)能85%以上。

　　通過上述分析可見，太陽能+熱泵中央熱水系統(tǒng)是一種性能可靠、環(huán)保節(jié)能的熱水系統(tǒng)形式，該系統(tǒng)只使用太陽能及少量的電能，對環(huán)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(qū)都可推廣應(yīng)用。統(tǒng)一熱水供應(yīng)，冬天采暖運(yùn)行時(shí)節(jié)約常規(guī)能源60%以上，在我國大部分冬冷夏熱地區(qū)，本系統(tǒng)也可與建筑物采暖空調(diào)