[案例] 太阳能与空气源热泵互补应用

空气源热泵工作原理图

三、太阳能与空气源热泵结合技术

3.1太阳能热泵技术

太阳能热泵一般是指利用太阳能作为蒸发器热源的热泵系统，它把热泵技术和太阳能热利用技术有机的结合起来，可同时提高太阳能集热器效率和热泵系统性能。

太阳能热泵技术是原有的热泵技术与太阳能光热、光伏技术的有机融合，能通过热泵的形式，提高能效的利用，而且通过太阳能作为辅助热源可以有效地避免空气源热泵等在室外空气温度过低时引起的供热能力和性能系数降低的问题，提高了热泵对使用环境的适应性。

3.2太阳能与空气源热泵互补热利用技术

常规太阳能热水系统易受气候的影响，在阴雨天或春秋季，太阳辐射能热量较少，较难满足热水量的需求，不能全天候使用，也影响了太阳能热水系统的推广应用。空气源热泵作为节能设备具有独特优势，它可以节省高品位电能，降低化石类能源的消耗，减少环境污染。空气源热泵是以空气为热源，通过输入少量的高品位能源(电能)来实现低品位热能向高品位热能转移的热泵系统，空气源热泵仅消耗少量的电能可以将数倍低温热能通过压缩机的压缩变为高温热能。因此将热泵技术与太阳能热水系统有机地结合起来可弥补阴雨天太阳能的不足。太阳能热水系统与热泵互补系统结合了太阳能的清洁性、可再生性和空气源热泵的节能性，是一种节能、无污染的高效能源利用系统。

太阳能与热泵的结合有两种工作模式：一是以太阳能加热为主，以空气能热泵加热为辅，但是前提是建筑允许放置太阳能集热板，有足够的安装面积；二是以空气能热泵加热为主，太阳能加热为辅，此种模式是为了使空气能热泵在低温环境下还能高效、稳定、可靠运行，用太阳能作为其辅助热源或直接加热热水箱内的水或提供预热。

四、应用案例分析

4.1项目概况

4.1.1工程名称：浙江大学附属中学

4.1.2工程所在地：杭州市江干区丁桥镇临丁路

4.1.3建筑性质与形式：五层学生公寓，2栋；两层食堂，1栋。该学校主要建筑包括教学及教学辅助用房、办公用房和生活服务用房、地下停车库与地下用房、体育活动场所等。总建筑面积84505平方米，其中地上建筑面积55005平方米，地下建筑面积29500平方米，总投资4.985亿元。

4.1.4用热水量：男女宿舍楼55度热水各20吨，食堂55度热水20吨。

4.1.5热水用途：每个宿舍内设有淋浴间，供淋浴及洗手、洗脸用，磁卡表计量。食堂内设有职工淋浴间，供淋浴及食堂刷碗、洗菜用，磁卡表计量。

4.1.6当地的太阳辐射量：1163~1393kWh/m2·a。

4.1.7当地的气候条件：年日照时数为1400~2200H，月平均气温见表1-1

表1-1

4.1.8建设单位：杭州市教育资产营运管理中心

4.1.9设计单位：杭州普桑能源科技有限公司

4.1.10施工单位：杭州普桑能源科技有限公司

4.2系统介绍

4.2.1 系统原理简述

本工程男女宿舍楼各设置一个独立的集中生活热水供应系统，食堂设置一个独立的集中生活热水供应系统，采用太阳能辅助空气源热泵24小时集中供应热水。制取热水的水源为市政自来水（水压为0.3MPA)，太阳能集热系统采用温差循环式加热方式，冷水经过太阳能集热器预加热后贮存于20立方的集热循环水箱（A水箱，闭式水箱），当使用热水时，通过自来水的压力将A水箱的热水输送到生活储热水箱（B水箱，闭式水箱），控制系统随时感应生活储热水箱温度，当达不到设定温度时，空气源热泵加热生活储热水箱，使生活储热水箱始终恒温在55度（可调），保证24小时热水需求。自来水的补水设置于A水箱内，采用自来水的压力将太阳能预热水输送到B水箱中。热水管道末端设置温度感应点，温度低于设定温度时，回水泵工作，保证打开用水阀门，即开即热。控制系统采用杭州普桑能源科技有限公司设计开发的可编程PLC电脑控制系统，实现太阳能与热泵互补系统智能、全自动运行。

4.2.2辅助热源形式

辅助热源采用四季沐歌高效节能低温型空气源热泵，男女宿舍及食堂各采用25匹空气源热泵2台，总共6台25匹空气源热泵。

4.2.3太阳能集热器形式、集热器面积计算

采用全玻璃真空管集热器集中集热，根据GB 50364-2005《民用建筑太阳热水系统应用技术规范》，太阳集热器的总面积计算公式，经计算得: 总面积为=697.7㎡。

故所需太阳能总面积为：697.7㎡ ，但由于屋面面积有限，每套太阳能集热系统集热面积为250平米。男女宿舍楼太阳能集热器分别设置在宿舍楼顶，食堂太阳能集热器设置在食堂楼顶。

4.2.4系统设备配置

每套太阳能热水系统分别配置250平米太阳能集热器、2台25匹低温型空气源热泵、配置2台20吨卧式闭式水箱、一套PLC电脑控制系统。

（1）太阳能集热器

目前国内的太阳能光热元件在国际上处于领先水平，本项目采用具有领先水平的四季沐歌太阳能集热设备。本项目采用高性能全玻璃真空管太阳能集热器，密集式排列，吸热快，效率高。

A、真空管：采用国际具有领先水平的四季沐歌高效全玻璃真空集热管，系能参数，见下表：

表1-2

B、太阳能集热器性能规格参数

表1-3

（2）空气源热泵

空气源热泵热水机组采用目前世界上先进、安全、环保、高效的热水生产技术，结合我国用户的使用特点，全新开发出一系列空气能热泵热水机组，在进水温度、进水压力、环境温度等参数不断变化的情况下，始终保证出水温度恒定在设定值（出厂设定55℃），48～60℃可调。机组开启即有高温热水产生。

表1-4

（3）储热水箱

表1-5

（4）控制系统

本项目的关键技术在于采用了计算机智能控制技术，杭州普桑能源科技有限公司电气工程师将确定太阳能热水系统运行的所有影响因素全部转换成计算机能够识别的信号，输入计算机，并将所有可能出现的情况和在各种情况下太阳能热水系统应该采取的运行指令编制成计算机程序，输入计算机。这样，根据太阳能热水系统实际运行的状况，计算机就会自动分析、判断、处理，自动做出正确的判断和指令，达到充分利用太阳能源，实现热水供应系统的智能化、自动化运行的效果。