【摘要】通過攀西地區(qū)的工程實(shí)例，對(duì)太陽能加熱系統(tǒng)和空氣源熱泵聯(lián)合制熱系統(tǒng)合用儲(chǔ)熱水箱有效容積的設(shè)置進(jìn)行了探討，并得出結(jié)論。

【關(guān)鍵詞】太陽能空氣源熱泵儲(chǔ)熱水箱

1.1太陽能和空氣源熱泵聯(lián)合制熱系統(tǒng)

為響應(yīng)國(guó)家節(jié)能減排，發(fā)展清潔能源的號(hào)召，減少霧霾的產(chǎn)生，當(dāng)在太陽能資源比較豐富的地方應(yīng)設(shè)置太陽能熱水系統(tǒng)。攀西（攀枝花和西昌）地區(qū)貼近云南，日照充足，晴天居多，屬于冬暖夏熱的區(qū)域，非常適合太陽能和空氣源熱泵的設(shè)置。

《建筑給水排水規(guī)范》GB50015-2003(以下簡(jiǎn)稱建水規(guī)范) [3]對(duì)于太陽能加熱系統(tǒng)和空氣源熱泵熱水供應(yīng)系統(tǒng)儲(chǔ)熱水箱有效容積都有特定公式可查。但對(duì)于某些中小型建筑，為節(jié)省投資，太陽能和空氣源熱泵通常合用一個(gè)儲(chǔ)熱水箱。建水規(guī)范對(duì)于這種合用水箱的容積沒有一個(gè)特定標(biāo)準(zhǔn)。下面以一個(gè)工程實(shí)例對(duì)此進(jìn)行分析。

2.1工程實(shí)例

某賓館位于西昌市，設(shè)計(jì)床位m=350人，時(shí)變化系數(shù)內(nèi)插法計(jì)算得Kh=3.2，熱水定額取qr=140L/人#8226;日。用水時(shí)間T=24小時(shí)，采用太陽能和空氣源熱泵系統(tǒng)聯(lián)合供熱。

賓館設(shè)計(jì)熱水日用水量： =49m3/d

賓館設(shè)計(jì)熱水最大小時(shí)用水量 =6.53m3/h

2.1.1通過太陽能系統(tǒng)計(jì)算儲(chǔ)熱水箱：

公式1

式中：Ajz——直接加熱集熱器總面積(m2)；

qrd——設(shè)計(jì)日用熱水量（L/d），以140L/人#8226;日計(jì)

C——水的比熱容，C=4.187（kJ/kg. ℃）；

ρr——熱水的密度，取ρr=0.9832kg/L；

tr——熱水溫度（℃），tr=60℃；

t1——冷水溫度（℃），四川地區(qū)t1=7℃；

Jt——集熱器采光面上年平均日太陽輻照量(kJ/m2.d)，

參照昆明地區(qū)Jt=15551kJ/m2.d；

f——太陽能保證率，取f =50%；

ηj——集熱器年平均集熱效率，取ηj =50% ；

η1——貯水箱和管路的熱損失率，取η1 =20%；

代入數(shù)據(jù)可得，Ajz為859.3m2，

太陽能水箱集熱系統(tǒng)儲(chǔ)熱水箱有效容積

公式2

式中Vr——儲(chǔ)熱水箱容積（L）

qrjd——單位采光面積平均日的產(chǎn)熱水量（L/m2.d），直接供水系統(tǒng)qrjd=40～100 L/m2.d，根據(jù)我國(guó)太陽能資源分區(qū)及分區(qū)特征，攀西地區(qū)屬于太陽能條件資源一般地區(qū)，取60 L/m2.d。

代入數(shù)據(jù)可得Vr全=51.56m2.跟本工程最高日用水量比較可知，在屋頂面積足夠大的時(shí)候，太陽能熱水器儲(chǔ)熱水箱容積可以滿足最高日用水量，但此時(shí)屋面荷載也會(huì)相應(yīng)增加。然后根據(jù)太陽能板的布置間距要求，結(jié)合賓館屋面實(shí)際狀況，在屋面進(jìn)行布置太陽能集熱板，最終共布置了200塊平板型太陽能集熱板。每塊太陽能板的采光面積為1.83m2，故Ajz=200*1.83=366m2，代入公式2，可得儲(chǔ)熱水箱容積為 =21.96m3。

2.1.2通過空氣源熱泵計(jì)算儲(chǔ)熱水箱容積:

1.全日制設(shè)計(jì)小時(shí)耗熱量

公式3，

式中Qh——設(shè)計(jì)小時(shí)耗熱量（KJ/h）

Kh——小時(shí)變化系統(tǒng)，根據(jù)用水定額和使用人數(shù)多少取值

m——用水計(jì)算單位數(shù)(人數(shù)或床位數(shù))

qr——設(shè)計(jì)日用熱水量（L/d），以140L/人#8226;日計(jì)

C——水的比熱容，C=4.187（kJ/kg. ℃）；

ρr——熱水的密度，取ρr=0.9832kg/L；

tr——熱水溫度（℃），tr=60℃；

t1——冷水溫度（℃），四川地區(qū)t1=7℃；

T——每日使用時(shí)間(h)

2.空氣源熱泵設(shè)計(jì)小時(shí)供熱量

公式4，

式中Qg——設(shè)計(jì)小時(shí)供熱量（KJ/h）

K1——安全系數(shù)，取 1.05～1.10

m——用水計(jì)算單位數(shù)(人數(shù)或床位數(shù))

qr——設(shè)計(jì)日用熱水量（L/d），以140L/人#8226;日計(jì)

C——水的比熱容，C=4.187（kJ/kg. ℃）；

ρr——熱水的密度，取ρr=0.9832kg/L；

tr——熱水溫度（℃），tr=60℃；

t1——冷水溫度（℃），四川地區(qū)t1=7℃；

T1——熱泵機(jī)組設(shè)計(jì)工作時(shí)間，12h～16h

3.空氣源熱泵儲(chǔ)熱水箱計(jì)算公式

其中：其中Qh——設(shè)計(jì)小時(shí)耗熱量（KJ/h）

Qg——設(shè)計(jì)小時(shí)供熱量（KJ/h）

Vr——儲(chǔ)熱水箱總?cè)莘e（L）

K2——安全系數(shù)，取值1.10.

m——用水計(jì)算單位數(shù)(人數(shù)或床位數(shù))

qr——設(shè)計(jì)日用熱水量（L/d），以140L/人#8226;日計(jì)

C——水的比熱容，C=4.187（kJ/kg. ℃）；

ρr——熱水的密度，取ρr=0.9832kg/L；

tr——熱水溫度（℃），tr=60℃；

t1——冷水溫度（℃），四川地區(qū)t1=7℃；

Th——設(shè)計(jì)小時(shí)耗熱量持續(xù)時(shí)間（h），Th=2h~4h

——有效儲(chǔ)熱容積系數(shù)，儲(chǔ)熱水箱，臥式儲(chǔ)熱水罐取0.80～0.85，立式儲(chǔ)熱水罐取0.85～0.90

將公式3和公式4代入公式5， 可得

公式6，

其中Kh——小時(shí)變化系數(shù)，根據(jù)用水定額和使用人數(shù)多少取值，用內(nèi)插法可得Kh=3.2，

K2——安全系數(shù)，1.10～1.20，取1.20，

T——每日使用時(shí)間，取24h

K1——安全系統(tǒng)，1.05～1.10，取1.05

T1——熱泵機(jī)組設(shè)計(jì)工作時(shí)間，12h～16h，取12h

Th——設(shè)計(jì)小時(shí)耗熱量持續(xù)時(shí)間，取4h

——有效儲(chǔ)熱容積系數(shù)，取0.85

代入數(shù)據(jù)可得Vr熱泵=12.65m3

從公式6可以看出，空氣源熱泵儲(chǔ)熱水箱即是熱水最大時(shí)用水量與熱泵機(jī)組最大時(shí)供水量差值，再乘以設(shè)計(jì)小時(shí)耗熱量持續(xù)時(shí)間(2~4h).如果想要減小熱泵機(jī)組裝機(jī)容量，在總用水量不變的情況下，要么增加機(jī)組工作時(shí)間T1，要么增大儲(chǔ)熱水箱容積，即增加儲(chǔ)熱時(shí)間。

就本工程而言，熱泵計(jì)算的儲(chǔ)熱水箱容積Vr熱泵=12.65m3小于通過太陽能計(jì)算的儲(chǔ)熱水箱容積Vr熱泵=21.96m3，屋頂熱水箱有效容積≥21.96m3即可。將此結(jié)果代入公式5，可以返推出一個(gè)減小的熱泵設(shè)計(jì)小時(shí)供熱量，從而減小機(jī)組選型。若由熱泵計(jì)算的水箱值大于通過太陽能計(jì)算的水箱值， 相當(dāng)于在太陽能系統(tǒng)不能正常使用時(shí)，將由熱泵機(jī)組完全供熱，則屋面熱水箱有效容積應(yīng)按熱泵系統(tǒng)的日產(chǎn)熱水量來取。

在某些太陽能和熱泵聯(lián)合供熱的實(shí)際工程中，設(shè)計(jì)者為了減少熱泵的初次投資，直接將熱水最高日用水量作為屋頂熱水箱的有效容積。筆者認(rèn)為是不可取的.這樣一方面增加了機(jī)組的運(yùn)行時(shí)間，達(dá)不到節(jié)能的目的，另一方面太陽能和熱泵加熱功率不夠，致使儲(chǔ)熱水箱的溫度滿足不到日常熱水水溫需求。

3.結(jié)語

攀西地區(qū)通常選用太陽能作為熱水系統(tǒng)的第一熱源。在熱水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中常遇到屋面面積不夠，單獨(dú)的太陽能集熱系統(tǒng)不能滿足熱水用量。對(duì)于中小型建筑太陽能加熱系統(tǒng)和空氣源熱泵聯(lián)合制熱系統(tǒng)，在合用儲(chǔ)熱水箱的設(shè)計(jì)應(yīng)通過計(jì)算比較后確定，以在初次投資和以后的運(yùn)行支出找到平衡點(diǎn)。

【參考文獻(xiàn)】

1王曉紅. 太陽能_空氣源熱泵熱水系統(tǒng)在浙大紫金港餐飲中心的應(yīng)用.給水排水[J].2013，39（7）：65-68

2歐云峰. 太陽能和空氣源熱泵組合熱水系統(tǒng)應(yīng)用與分析.給水排水[J].2009，35（9）：82-84

3 《建筑給水排水規(guī)范》(2009版) GB50015-2003.[J].2010