太陽(yáng)能熱泵工作原理及深度技術(shù)分析

　　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(yáng)能循環(huán)泵的工作由系統(tǒng)控制器根據(jù)太陽(yáng)能集熱器和熱水箱的溫度進(jìn)行控制，源源不斷的利用集熱器采集的熱量通過(guò)中間換熱器輸送到熱水箱。

　　（2）太陽(yáng)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(yáng)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(yáng)能熱水進(jìn)入熱泵機(jī)組輔助換熱器內(nèi)，預(yù)熱通過(guò)的空氣，使熱泵效率提高，并切具有防止蒸發(fā)器結(jié)霜的作用，可以節(jié)約熱泵機(jī)組的耗電量。

　?。?）太陽(yáng)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(yáng)能集熱系統(tǒng)的有效供熱量或太陽(yáng)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(yáng)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(yáng)能系統(tǒng)處于待機(jī)狀態(tài)，熱泵機(jī)組單獨(dú)工作對(duì)熱水箱加熱。

　　3、太陽(yáng)能—熱泵中央熱水系統(tǒng)設(shè)計(jì)

　　太陽(yáng)能—熱泵中央熱水系統(tǒng)中，太陽(yáng)能輔助加熱空氣源熱泵機(jī)組在晴好天氣作為太陽(yáng)能集熱系統(tǒng)的輔助熱源設(shè)備，在太陽(yáng)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(duì)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(duì)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，具體參見文獻(xiàn)［9］。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(hào)，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。

　　太陽(yáng)能—熱泵中央熱水系統(tǒng)中，太陽(yáng)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(yáng)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(yáng)能集熱器平均每日有效得熱量，從而確定太陽(yáng)能集熱器的安裝面積。

　　熱水工程中，太陽(yáng)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(yáng)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(yáng)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(yáng)輻照資料進(jìn)行分析計(jì)算，取全年平均值。

　　對(duì)于太陽(yáng)能—熱泵中央熱水系統(tǒng)，太陽(yáng)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。

　　4、太陽(yáng)能—熱泵中央熱水系統(tǒng)的實(shí)用意義

　　作為太陽(yáng)能—熱泵中央熱水系統(tǒng)的主要組成部分，太陽(yáng)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(yáng)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［10］，太陽(yáng)能熱泵中央熱水系統(tǒng)將太陽(yáng)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。

　　根據(jù)我國(guó)北方大部分地區(qū)的太陽(yáng)輻照資料，按照衛(wèi)生熱水系統(tǒng)平均耗熱量和太陽(yáng)能集熱器日平均得熱量確定太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)的集熱器面積，太陽(yáng)能—熱泵中央熱水系統(tǒng)中，太陽(yáng)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(yáng)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(lái)自集熱器不能直接利用的太陽(yáng)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(yáng)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(guò)上述分析可見，太陽(yáng)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(yáng)能及少量的電能，對(duì)環(huán)境沒(méi)有任何的污染。在白天最低溫度-15℃以上、太陽(yáng)輻照良好的我國(guó)大部分地區(qū)都可推廣應(yīng)用。統(tǒng)和熱水供應(yīng)，冬天采暖運(yùn)行時(shí)節(jié)約常規(guī)能源60%以上，在我國(guó)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)系統(tǒng)結(jié)合，發(fā)揮最大的節(jié)能作用。

　　5、項(xiàng)目應(yīng)用

　　2004年，太陽(yáng)能—熱泵中央熱水系統(tǒng)作為中國(guó)科學(xué)院奧運(yùn)科技項(xiàng)目課題“奧運(yùn)村及奧運(yùn)場(chǎng)館太陽(yáng)能熱泵中央熱水系統(tǒng)示范研究”項(xiàng)目的主要研究?jī)?nèi)容，在北京月壇體育中心綜合訓(xùn)練館一示范工程，主要功能為集中生活熱水供應(yīng)，富裕熱量為泳池輔助加熱。該工程屋頂水平安裝采800m2直流式真空管太陽(yáng)能集熱器，太陽(yáng)能輔助加熱空氣源熱泵機(jī)組輸出功率300kW。2004年12月調(diào)試完畢進(jìn)入試運(yùn)行階段，根據(jù)初步測(cè)試資料，系統(tǒng)在冬季晴天太陽(yáng)能集熱系統(tǒng)可滿足系統(tǒng)90%左右的設(shè)計(jì)供熱量，陰雨天氣熱泵機(jī)組平穩(wěn)運(yùn)行，利用10℃左右的低溫太陽(yáng)能熱水熱泵輔助熱源，制熱性能有明顯提高。根據(jù)北京地區(qū)的氣象條件和太陽(yáng)輻照資料，該系統(tǒng)年綜合節(jié)能率可實(shí)現(xiàn)預(yù)期的90%以上的目標(biāo)。