“空气源热泵太阳能”热水系统设计探讨

+太阳能”热水系统设计探讨中外建工程设计与顾问有限公司深圳分公司518053摘要：本文以工程实例介绍空气源热泵与太阳能相结合的具体设备选型、系统控制、系统保温、水箱消毒等设计要点。关键词：空气源热泵；太阳能；设备选型；系统控制；保温；消毒前言随着我国城镇化的不断加快，我国对能源的消耗和需求的日趋增加，在热水系统中，各种节能的热源及设备不断的出现及应用，其中太阳能、空气源热泵这两种可再生能源在热水系统得到最广泛开发利用。太阳能热水系统是将太阳辐射转变为热能，是永不枯竭的清洁再生能源，有着明显的节能优势，但也有着明显的局限性：能量密度低，不能满足瞬时加热；辐射照热量受地理位置、季节、气候、天气等因素的影响大；太阳能集热器位置对建筑的影响大等等；在日照系数大于1400h/a且年太阳辐射量大于4200MJ/m2、年极端最低气温不低于-45度的地区宜优先采用，在不允许热水供应间断的场所，太阳能热水供应系统应设辅助热源。空气能热泵是通过吸收空气的热量来制热，在运行过程度）度）4013113中需要消耗一定的电能，通常空气源热泵能效比可达3.0〜4.0。但相对太阳能也具有自身的优势：受天气影响较小，在最冷月平均不小于10度的地区，可不设辅助热源；初次投资相对小；对建筑影响较小等。在XX地区常见的做法就太阳能-联合空气能热水。这样能使优势互补，既能实现最大的节能，又能保证全天的热水。本文结合某个职工宿舍，与同行们一起探讨热水系统的系统选型、计算及控制。根据具体工程提出本人热水系统的具体思路工程概况项目为九层III类集体员工宿舍，楼高28.5m,总建筑面积为5685m2。共有宿舍160间，每间4个床位，每间宿舍配有独立卫生间，定时早上6:00〜8:00,傍晚18:00〜20：00开放两次热水供淋浴，热水采用直热式空气源热泵、太阳能的强制循环集中热水系统。空气源系统选择及设备选型TOC\o"1-5"\h\z三台直热式热，每台额定制热量为39.5Y工况最高热水用水定额L/人.d热估算工作时间热泵小时供热量KW（k1=1：10）热泵选型冬季（环境温度按5度，热水按55度，冷水按10度）4014116三台直热式热，每台额定制热量为39.5Y春季节（环境温度按15度，热水按55度，冷水按14夏季，环境温度按20度，热水按55度，冷水按20度）408109太阳能系统XX地区地处纬度为26°08',太阳能板按正南向顺坡26度摆放，根据中国气象局信息中心气象资料室1971〜2003年实测气象数据整理出福州的夏季太阳辐射量资料年平均日辐射量为12.32MJ/d.m2,太阳能保证率取50%,贮水箱和管路热损失取15%，计算直接加热集热器面积：工况平均日辐射量MJ/dm2平均集热效率太阳能保障率冷水温度热水温度计量所需集热器所需面积平均年12.3260x50x1555335m2XX地区最冷月平均不小于10度，采用空气源热泵系统是可不设辅助热源，且该省属于太阳能资源III区（资源一般），设置太阳能是为了考虑建筑条件及造价的前提下最优的利用太阳能，至于太阳能设置的面积大小，主要在于在系统寿命内，寻求初次投资与节能效益之间的平衡点，这个问题还应该根据具体情况具体分析。工况月平均日辐射量MJ/dm2月平均集热效率集热器所需面积冷水温度热水温度太阳能保证率冬季9.55150%335105529%春秋季12.3260%335155530%夏季16.8270%335205591%.热水箱容积计算为了保证用水点供水的连续性及稳定性，常设计成集热水箱与供热水箱双水箱供水。集热水箱能及时把达到设计温度的热水放到供热水箱，降低集热水箱内的初始水温，提高了集热效率；供热水箱的补水是由集热水箱供给，提高了供热水箱的初始水温，保证了系统水温的稳定性（笔者比较推荐采用）。但是系统设置了两个水箱，提高了系统造价，增加了二次污染。由于甲方要求仅设置一个供水箱，按定时供应系统，水箱容积为最大时段（傍晚18:00〜20:00）的全部热水量，按最高日用水量的70%来考虑。V=40X160X4X0.7/1000=17.92m3,取18m3。.系统控制热水箱补水由生活水池提升泵补给（电动阀液位控制），早上8：00开始补水（水位保护：保证水箱水位不低于20%，如果低于20%，自动加水至100%）。供热水箱的热量补充由空气源热泵（直热式）及太阳能联合供给，当集热器出水温度T3高于热水箱T1达到7℃时，太阳能循环泵启动，两者温差达到3℃时，集热循环泵关闭。从节能上考虑，为避免夜间水箱带着大量的热水过夜，造成不必要的热损耗。在夜间把水位设置在最高水位的50%处，高于此水位，在6：00前冷水进水管强制关闭。早

上(6:00〜8:00)热水水量仅为最高日30%左右，为了优先利用太阳能，应推迟热泵的开启时间。早上(6:00〜8:00)用水过后，水箱仅储存最高日用水量20%，到下个时段用水还需热水量50%。按冬季在阴天不考虑太阳能制热的情况下全用空气能热泵加热一整天热水需14小时，还剩50%的热水需加热14X0.5=7小时左右(乘以一定的安全系数)，故在傍晚(18:00〜20:00)使用前8小时使用热泵，即热泵设定在10点开启，开启后再判断若热水箱温度T1小于52度，启动热泵循环泵继续运行；当热水箱温度T1大于56度，关闭热泵循环泵；当然还可以根据不同的季节来设置热泵开启时间时间。由于是定时供应热水，管路系统循环泵没必要一直开启，故热水给水回水管的温度T2在热水系统开放前1小时低于设定值(46度)且供热水箱的温度高于51度时启动热水回水泵，直至T2达到设定值(50度)时停泵；集热板采取防冻措施，当集热板的温度低于2度时，启动太阳能集热循环泵，直至集热板的温度达到7度。集热器的防冻及防晒：当集热板的温度低于2度时，启动太阳能集热循环泵，直至集热板的温度达到7度；当水