文/譚李勇 廣東光正教育集團(tuán)有限公司　廣東東莞　523000

太陽能和空氣源熱泵組合熱水系統(tǒng)應(yīng)用與效用分析

文/譚李勇 廣東光正教育集團(tuán)有限公司廣東東莞523000

太陽能和空氣源熱泵組合利用可再生能源，為建筑物提供所需的熱源和冷源。本文結(jié)合工程實例分析了太陽能和空氣源熱泵組合熱水系統(tǒng)在節(jié)能環(huán)保和經(jīng)濟(jì)效益方面的優(yōu)勢。

太陽能；空氣源；建筑節(jié)能；應(yīng)用；效用

引言:近幾年來，我國的經(jīng)濟(jì)一直以較快的速度穩(wěn)定增長，但是同樣，能源供應(yīng)與經(jīng)濟(jì)增長的矛盾也凸顯了出來。我國能源總量相對可觀，但是人均占有量卻遠(yuǎn)比世界平均水平要低。同時，能源工業(yè)技術(shù)水平比較低，能源消耗量大，利用率低等矛盾逐漸顯露出來，這一切造成了國內(nèi)能源緊張的局面。目前，我國的建筑行業(yè)中，只有大概5%的建筑能達(dá)到節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)，建造和使用的建筑直接或間接地消耗能源占社會總量的46.7%，為了緩解能源危機(jī)，保證子孫后代的利益，節(jié)約能源、減少消耗，開發(fā)利用新能源已經(jīng)成了人們非常重視的話題。

一、太陽能和空氣源熱泵供水原理及優(yōu)勢

1.太陽能供水原理及優(yōu)勢

太陽能熱水系統(tǒng)主要由太陽能集熱器、熱水貯水箱以及熱水送水管組成，系統(tǒng)的核心部分是太陽能集熱器。系統(tǒng)內(nèi)部的太陽能集熱器能夠接受太陽能輻射并向其系統(tǒng)內(nèi)部傳遞熱量，從而實現(xiàn)太陽能供水原理。我國太陽能集熱器的類型主要有三種：一是平板型、二是全玻璃真空管型、三是真空熱管型。金屬板集熱器的特點(diǎn)是熱效能高，能夠在短時間內(nèi)產(chǎn)生大量熱水；同時還具備性價比高和耐候性強(qiáng)的特點(diǎn)，但其抗凍能力并不強(qiáng)。全玻璃真空管類型的集熱器能夠適用于低溫環(huán)境，但是對高壓和暴曬環(huán)境極為敏感。而真空太陽能集熱器是三者中抗凍能力最強(qiáng)的集熱器，其抗壓性能及耐候性能較好。（補(bǔ)充優(yōu)勢內(nèi)容）

2.空氣源熱泵供水原理及優(yōu)勢

空氣源熱泵的工作原理是運(yùn)用了能量階梯轉(zhuǎn)換的方法，利用這種方法，熱泵系統(tǒng)獲得少量電能就可高效運(yùn)轉(zhuǎn)起來，獲得更高的動力驅(qū)動?？諝庵形盏降牡蜔崮芰客ㄟ^熱泵轉(zhuǎn)化為高位熱能就是其基本原理，這種轉(zhuǎn)化可以用來制備熱水。該機(jī)組主要由蒸發(fā)器、冷凝器、壓縮機(jī)和膨脹閥四個部分組成。

空氣源熱泵需要傳熱介質(zhì)才能與環(huán)境中的空氣進(jìn)行熱交換，傳熱介質(zhì)即是通常所說的冷媒，傳熱介質(zhì)的特點(diǎn)是其沸點(diǎn)較低，冷媒吸收空氣中的熱能之后會由液態(tài)直接變?yōu)闅鈶B(tài)，氣體進(jìn)入壓縮機(jī)中進(jìn)行壓縮，這一過程需要利用少量電量，氣體經(jīng)過壓縮機(jī)就變?yōu)楦邷亍⒏邏簹怏w；這部分高溫、高壓的氣體通過冷凝系統(tǒng)進(jìn)行熱度交換之后，高溫、高壓氣體的溫度下降，致使其釋放出大量的熱能，同時氣態(tài)的熱氣又被轉(zhuǎn)化成液態(tài)，可進(jìn)行第二次利用，這種循環(huán)往復(fù)的交替使用不但減少浪費(fèi)，還節(jié)約了能源。冷水吸收了熱量，溫度也能再次升高。正是這種介質(zhì)之間的不斷循環(huán)，把空氣中的熱能不斷帶入到冷水當(dāng)中，從而達(dá)到換熱的效果。

二、太陽能-空氣源熱泵組合熱水供應(yīng)系統(tǒng)

太陽能-空氣源熱泵技術(shù)不僅能夠彌補(bǔ)兩種熱泵系統(tǒng)的不足，還能通過簡單的集成技術(shù)將兩種熱泵有機(jī)地結(jié)合起來。目前，我國太陽能-空氣源熱泵組合系統(tǒng)主要分為兩種：一是以太陽能熱水器為主，空氣源熱泵作為輔助系統(tǒng)；該種系統(tǒng)在天氣情況良好的情況下利用太陽能作為直接能源制取熱水，而在天氣陰天或者太陽能集熱器無法正常工作的情況下，可以切換為空氣源熱泵進(jìn)行工作，為用戶提供舒適的熱水。另一種組合方式是利用空氣源熱泵為主要熱水供應(yīng)系統(tǒng)，太陽能作為輔助熱源。通過太陽能集熱器來解決空氣源熱泵性能下降的問題，而在空氣源熱泵工作性能良好的狀況下，主要使用空氣源熱泵工作，從而彌補(bǔ)太陽能熱水供應(yīng)系統(tǒng)不確定性的問題。

三、太陽能-空氣源熱泵組合熱水系統(tǒng)與傳統(tǒng)熱水供應(yīng)系統(tǒng)分析

1.工程概況

在一萬人的學(xué)校，其日常用水量為150立方米，最大小時用水量為20立方米，設(shè)計出水溫度為55℃。假設(shè)在學(xué)校中可以利用電熱水器、燃?xì)庀到y(tǒng)以及太陽能-空氣源熱泵作為熱水的供應(yīng)系統(tǒng)。為了節(jié)約建筑物的總體能源，降低能耗，計劃在校內(nèi)使用太陽能-空氣源熱泵供水系統(tǒng)。鑒于當(dāng)?shù)氐膶嶋H情況，在使用空氣源熱泵進(jìn)行熱水供應(yīng)時，還需引入輔助熱源才能提升整個系統(tǒng)的效率。在空氣源熱泵中加入輔助蒸發(fā)器，即可滿足要求。在日產(chǎn)工作中使用空氣源熱泵進(jìn)行熱水供應(yīng)，而當(dāng)環(huán)境溫度較低時，可以使用太陽能系統(tǒng)對冷水進(jìn)行加熱，從而實現(xiàn)不間斷熱水循環(huán)，提高整個系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性和安全性。下面將從幾個方面對三個系統(tǒng)進(jìn)行能效分析，以此論證太陽能-空氣源熱泵組合熱水系統(tǒng)的優(yōu)勢。

2.工程經(jīng)濟(jì)效益分析

假設(shè)該地區(qū)的電價為0.7元/（KW·h），天然氣價格為2.5元/立方米；電和天然氣的單位熱值分別為3.6MJ/（KW·h）和35.27MJ/立方米；同時假設(shè)一臺電熱水器的價格為2200元，一臺燃?xì)鉄崴鞯膬r格為1800元，其熱效率分比為百分之八十和百分之九十。并假設(shè)太陽能-空氣源熱泵系統(tǒng)的性能系數(shù)為3.4，結(jié)合公式：W= Qdmax×C×Δt對每日的日耗熱量進(jìn)行計算；公式中w是一天的耗熱量，單位是KJ；Qdmax一天中使用熱水的最大量，單位是KG；C是水的比熱容，單位是4200J/ （kg?k)；Δt是水溫的溫差。在該工程中出水溫度是55℃，全年平均冷水溫度是10.75℃。

由公式可計算出該校一年內(nèi)的總耗熱量為W= 365×150×1000×4.2×44.25=1.02×10 10KJ,假設(shè)使用電熱水器給校園提供熱水，則年耗電量可達(dá)M電=1.02×1010/(0.9×3.6)=

結(jié)語：

總而言之，通過工程實例分析不難發(fā)現(xiàn)，利用太陽能和空氣源熱泵組合的熱水系統(tǒng)的綜合性能要優(yōu)于傳統(tǒng)的熱源熱水系統(tǒng)。傳統(tǒng)的熱源系統(tǒng)不僅能夠節(jié)約柴油及電能，在緩解能源危機(jī)的同時還能創(chuàng)造更大的經(jīng)濟(jì)效益。太陽能是取之不盡，用之不竭的，加之現(xiàn)階段空氣源熱泵運(yùn)行效率還在不斷提升，兩者混合使用能夠大大降低建筑的綜合能耗，為節(jié)約國家能源做出大力貢獻(xiàn)。

[1]樊在花,石蠟基納米冷凍機(jī)油的制備及其在橫置式空氣源熱泵熱水器中的應(yīng)用研究[D]，北京建筑工程學(xué)院，2010。

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