太阳能热泵热水系统工程
 

太阳能—热泵中央热水系统
    太阳能与太阳能辅助加热空气源热泵结合作为中央热水系统的热源,其目的在于取长补短,使二者互为补充,互为备用,在日照充足时优先使用太阳能加热热水,利用太阳能集热器产生的低温热水作为太阳能辅助加热空气源热泵的辅助热源,从而改善热泵的运行工况,提高其制热性能。这种组合形式,使二者均在相对比较稳定高效的条件下工作,保证系统全年全天候的卫生热水供应。空气源热泵制热过程本质上是对空气中蕴藏的太阳热能的提升利用,根据热泵的工作特性,在整个热水系统的运行过程中,热泵机组作为辅助热源运行所供应的热量中,只有一小部分来自电能,所以太阳能—热泵中央热水系统大大提高了太阳能利用率,减少了对一次能源的消耗。
    将热泵技术与太阳能结合供应生活热水,国内外进行了许多这方面的研究,主要有两种方式,一种是直接以空气源热泵作为太阳能系统的辅助加热设备,另一种是利用太阳能热水为低温热源或将太阳能集热器作为热泵的蒸发器的太阳能热泵系统。前者以太阳能直接加热为主以空气源热泵为辅,解决太阳能供热的连续性问题,但仍旧无法摆脱环境温度对热泵制热性能的影响;后者完全以太阳能作为热泵热源,大大提高了太阳能的利用效率,但太阳能资源不足时仍需要增加其它辅助热源,并且热泵供热能力受太阳能集热量的限制,规模一般比较小。
    在大型的太阳能中央热水系统中,空气源热泵无疑是一种比较理想的辅助加热设备,为了改善空气源热泵在低温环境下制热运行的性能,扩大它的使用区域,结合国内外太阳能热泵研究中的先进经验,我们研制了一种适合于低温环境中工作的太阳能—热泵中央热水系统。该系统采用一种新型的采用低温太阳能辅助的空气源热泵机组和太阳能集热系统结合,太阳能和热泵互为辅助热源,最大限度的利用太阳能,解决阴雨天气及冬季环境温度较低太阳能资源不足时热水供应保证率,做到全年、全天候供应热水。

太阳能辅助加热空气源热泵机组性能特点
    与普通的空气源热泵相比较,太阳能辅助加热空气源热泵机组在低温工况下运行具有如下几个明显的特点:
(1)COP显著提高
(2)防止蒸发器结霜,减少除霜时间
(3)改善空调压缩机工作环境,延长机组使用寿命
太阳能—热泵中央热水系统的运行主要有以下四种工况:
(1)太阳能加热生活热水
    在大部分日照良好的晴天,系统按此工况工作,此时太阳能循环泵的工作由系统控制器根据太阳能集热器和热水箱的温度进行控制,源源不断的利用集热器采集的热量通过中间换热器输送到热水箱。
(2)太阳能辅助热泵机组加热生活热水
    当阴天或多云天气,当太阳能集热温度低于热水箱水温不足以直接加热生活热水时,热泵机组启动,利用空气作为热源加热热水箱内生活热水。在秋冬季节,当环境温度低于热泵的经济运行温度时,热泵机组的制热效率下降并且蒸发器表面结霜,此时,热泵辅助加热循环启动,高于环境温度的低温太阳能热水进入热泵机组辅助换热器内,预热通过的空气,使热泵效率提高,并切具有防止蒸发器结霜的作用,可以节约热泵机组的耗电量。
(3)太阳能和热泵机组同时加热生活热水
    在晴天日照良好时,如果热水系统的耗热量大于太阳能集热系统的有效供热量或太阳能集热器的数量较少,不能满足热水系统的用热需求,则太阳能和热泵机组同时工作向热水系统供热。
(4)热泵机组直接加热生活热水
    在连续的雨雪天气,热水系统所需热量完全由空气源热泵机组提供。此时,太阳能系统处于待机状态,热泵机组单独工作对热水箱加热。
 太阳能—热泵中央热水系统的实用意义
运行可靠性分析
    作为太阳能—热泵中央热水系统的主要组成部分,太阳能和空气源热泵都是技术成熟的节能环保产品。太阳能在生活热水系统中的规模化利用已有20余年的历史,空气源热泵的大量应用也有数十年的历史[10],太阳能热泵中央热水系统将太阳能与空气源热泵技术有机结合,在不影响二者原有运行功能的条件下,使其运行效率显著提高,从而能够保证系统稳定可靠运行,节约热水系统常规能源消耗。
节能效益分析
    根据我国北方大部分地区的太阳辐照资料,按照卫生热水系统平均耗热量和太阳能集热器日平均得热量确定太阳能热水系统的集热器面积,太阳能—热泵中央热水系统中,太阳能直接加热可满足热水系统全年60—80%的热量需求, 其余20—40%热量由太阳能辅助加热空气源热泵机组供应,热泵平均COP可达3.0,即其所供应热量有65%以上来自集热器不能直接利用的太阳能和空气热能。在整个系统运行中,集热器吸收的太阳能的利用率接近100%,辅助加热的电力消耗只占系统总能耗的7—14%,较常规能源的热水系统可至少节能85%以上。
    通过上述分析可见,太阳能—热泵中央热水系统是一种性能可靠,环保节能的热水系统形式,该系统只使用太阳能及少量的电能,对环境没有任何的污染。在白天最低温度-15℃以上、太阳辐照良好的我国大部分地区都可推广应用。统和热水供应,冬天采暖运行时节约常规能源60%以上,在我国大部分冬冷夏热地区,本系统也可与建筑物采暖空调系统结合,发挥最大的节能作用。 

1、太阳能集热器 ,2 、风冷热泵 ,3 、储水箱 ,4 、定压罐 ,
5、太阳能循环泵,6、热水加热泵,7、热水循环泵,8、板式换热器I ,
9、板式换热器 II ,10、补水箱,11、板式换热器III