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，系統按此工況工作，此時(shí)太陽(yáng)能循環(huán)泵的工作由系統控制器根據太陽(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。

　?。?）太陽(yáng)能輔助熱泵機組加熱生活熱水

　　當陰天或多云天氣，當太陽(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)，熱泵機組啟動(dòng)，利用空氣作為熱源加熱熱水箱內生活熱水。在秋冬季節，當環(huán)境溫度低于熱泵的經(jīng)濟運行溫度時(shí)，熱泵機組的制熱效率下降并且蒸發(fā)器表面結霜，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)入熱泵機組輔助換熱器內，預熱通過(guò)的空氣，使熱泵效率提高，并切具有防止蒸發(fā)器結霜的作用，可以節約熱泵機組的耗電量。

　?。?）太陽(yáng)能和熱泵機組同時(shí)加熱生活熱水

　　在晴天日照良好時(shí)，如果熱水系統的耗熱量大于太陽(yáng)能集熱系統的有效供熱量或太陽(yáng)能集熱器的數量較少，不能滿(mǎn)足熱水系統的用熱需求，則太陽(yáng)能和熱泵機組同時(shí)工作向熱水系統供熱。

　?。?）熱泵機組直接加熱生活熱水

　　在連續的雨雪天氣，熱水系統所需熱量完全由空氣源熱泵機組提供。此時(shí)，太陽(yáng)能系統處于待機狀態(tài)，熱泵機組單獨工作對熱水箱加熱。

　　3、太陽(yáng)能—熱泵中央熱水系統設計

　　太陽(yáng)能—熱泵中央熱水系統中，太陽(yáng)能輔助加熱空氣源熱泵機組在晴好天氣作為太陽(yáng)能集熱系統的輔助熱源設備，在太陽(yáng)能資源不足時(shí)或陰雨天氣作為系統的主要熱源保證熱水的正常供應，所以其制熱功率應按照整個(gè)熱水系統的設計熱負荷進(jìn)行確定。對于全日制中央熱水系統，熱泵機組功率按照熱水系統設計小時(shí)熱負荷確定，對于非全日制中央熱水系統，熱泵機組的功率應根據最大用水量、熱水箱容積、加熱時(shí)間等參數進(jìn)行確定，具體參見(jiàn)文獻［9］。熱泵機組的額定制熱功率不小于中央熱水系統的設計負荷，在冬季比較寒冷的地區，可適當加大機組的型號，使其盡量在一天中氣溫比較高的時(shí)段內運行，在較短的時(shí)間內滿(mǎn)足系統的用熱需求。

　　太陽(yáng)能—熱泵中央熱水系統中，太陽(yáng)能集熱器的面積應以熱水系統的設計熱負荷或根據實(shí)際情況確定的太陽(yáng)能供熱量作為基本依據，并分析計算項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的變化和每日內太陽(yáng)輻照強度的變化，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、系統運行工況、所在地氣象參數和太陽(yáng)輻照量等。不同的集熱器類(lèi)型具有不同的集熱效率，其有效得熱量也不同，所以在實(shí)際應用中一般根據集熱器生產(chǎn)廠(chǎng)家提供的集熱器集熱效率等性能參數和太陽(yáng)輻照資料進(jìn)行分析計算，取全年平均值。

　　對于太陽(yáng)能—熱泵中央熱水系統，太陽(yáng)能集熱系統既作為熱水加熱的主要熱源又作為熱泵機組的輔助熱源，并且應能承受較低的環(huán)境溫度，所以應采用閉式系統，系統循環(huán)工質(zhì)采用防凍液溶液。

　　4、太陽(yáng)能—熱泵中央熱水系統的實(shí)用意義

　　作為太陽(yáng)能—熱泵中央熱水系統的主要組成部分，太陽(yáng)能和空氣源熱泵都是技術(shù)成熟的節能環(huán)保產(chǎn)品。太陽(yáng)能在生活熱水系統中的規?；靡延?0余年的歷史，空氣源熱泵的大量應用也有數十年的歷史［10］，太陽(yáng)能熱泵中央熱水系統將太陽(yáng)能與空氣源熱泵技術(shù)有機結合，在不影響二者原有運行功能的條件下，使其運行效率顯著(zhù)提高，從而能夠保證系統穩定可靠運行，節約熱水系統常規能源消耗。

　　根據我國北方大部分地區的太陽(yáng)輻照資料，按照衛生熱水系統平均耗熱量和太陽(yáng)能集熱器日平均得熱量確定太陽(yáng)能熱水系統的集熱器面積，太陽(yáng)能—熱泵中央熱水系統中，太陽(yáng)能直接加熱可滿(mǎn)足熱水系統全年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組供應，熱泵平均COP可達3.0，即其所供應熱量有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)系統運行中，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總能耗的7—14%，較常規能源的熱水系統可至少節能85%以上。

　　通過(guò)上述分析可見(jiàn)，太陽(yáng)能—熱泵中央熱水系統是一種性能可靠，環(huán)保節能的熱水系統形式，該系統只使用太陽(yáng)能及少量的電能，對環(huán)境沒(méi)有任何的污染。在白天最低溫度-15℃以上、太陽(yáng)輻照良好的我國大部分地區都可推廣應用。統和熱水供應，冬天采暖運行時(shí)節約常規能源60%以上，在我國大部分冬冷夏熱地區，本系統也可與建筑物采暖空調系統結合，發(fā)揮最大的節能作用。

　　5、項目應用

　　2004年，太陽(yáng)能—熱泵中央熱水系統作為中國科學(xué)院奧運科技項目課題“奧運村及奧運場(chǎng)館太陽(yáng)能熱泵中央熱水系統示范研究”項目的主要研究?jì)热?，在北京月壇體育中心綜合訓練館一示范工程，主要功能為集中生活熱水供應，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組輸出功率300kW。2004年12月調試完畢進(jìn)入試運行階段，根據初步測試資料，系統在冬季晴天太陽(yáng)能集熱系統可滿(mǎn)足系統90%左右的設計供熱量，陰雨天氣熱泵機組平穩運行，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。根據北京地區的氣象條件和太陽(yáng)輻照資料，該系統年綜合節能率可實(shí)現預期的90%以上的目標。