太阳能+空气源热泵的热水供应系统设计

卢 春 萍

(河北建筑工程学院，河北 张家口 075000)

太阳能+空气源热泵的热水供应系统设计

卢 春 萍

(河北建筑工程学院，河北 张家口 075000)

太阳能集中热水系统受到天气的影响难以全天候运行，需要设置辅助加热装置.以广州市宾馆热水供应为例，对太阳能空气源热泵的热水系统进行设计，包括空气源热泵热水机组选型计算、太阳能集热管面积计算、储热水箱的确定、集热循环水泵的确定.

太阳能;空气源热泵;集中热水系统;设备选型

0 前 言

本设计为广州市某宾馆，该宾馆有100套标准房间，满员200人，每天使用的热水量为20吨.

考虑节能环保及运行费用要求，采用太阳能与空气源热泵综合供应热水系统，在阳光充足时利用太阳能提供热水，在阴雨天气(太阳能资源不足时)利用空气源热泵热水机组来补充供应热水.

1 方案设计

(1)本方案须考虑产热水设备、贮水设备、自控电气系统、管道动力系统及其之间的管道连接.

(2)设备选用原则

考虑经济、节能、环保等要求，宜采用空气源热泵机组供应热水，保证用水温度及用水量，最大程度节能.

(3)室内外设计参数

1)夏季室外设计计算参数

干球温度：34.2 ℃；湿球温度：27.8 ℃；相对湿度68%；室外平均风速：1.7 m/s；大气压力：1004.0 KPa.

2)冬季室外设计计算参数

采暖计算温度：8 ℃；空调计算温度：5.2 ℃；相对湿度：72%；室外平均风速：1.7 m/s；大气压力：1019.0 KPa.

(4)系统设计温度标准：

1)夏季：环境温度：按照标准工况20 ℃设计；进水温度：按平均温度15 ℃设计；热水出水温度：按55 ℃计算；

2)冬季：环境温度：按照标准工况5 ℃设计；进水温度：按平均温度10 ℃设计；热水出水温度：按55 ℃计算.

2 热水供应系统设计

2.1 热水需求基本状况

加热方式：阳光充足时，采用太阳能加热；阳光不足时，启动空气源热泵加热；

集热单元：采用真空管集热器；

系统组成：系统由太阳能集热阵列、水箱及保温、电控、自动补水、辅助连接等部分组成.

2.2 系统原理图(见图1)

图1 太阳能+空气源热泵热水系统原理图

2.3 空气源热泵热水机选型计算

(1)夏季：进水温度：平均温度15 ℃；出水温度：55 ℃；每天所需热水量20 t；需要的热量为：

Q=mcΔt=20×103×4.19×(55-15)=3352000KJ

式中：m——每天所需热水量，t/d；c——水的比热容，4.19KJ/kg·K；Δt——水的温升，K.

选型台数：

式中：q——单台空气源热泵制热能力，KW；t——加热时间，一般取12小时.

选取4台芬尼克兹热泵PASHW060SB-C型机组，额定输入功率为4.7KW，热效比为4.3，制热量为20.0KW.

(2)冬季：进水温度：按平均温度10 ℃设计；热水出水温度为55 ℃计算；每天所需热水量20t；需要的热量为：

Q=mcΔt=20×103×4.19×(55-10)=3771000KJ

式中：m——每天所需热水量，t/d；c——水的比热容，4.19KJ/Kg·K；Δt——水的温升，K.

PHNIX热泵PASHW060SB-C型机组，每小时额定输入功率为4.20KW，热效比为3.28，制热量为13.77KW，计算运行时间，校核4台机组是否满足冬季要求.

可见，运行时间均符合要求，所以选取4台芬尼克兹热泵PASHW060SB-C型机组，满足宾馆热水系统冬、夏季的要求.

2.4 太阳能热水系统选型计算

(1)集热器的相关选择.

1)全年太阳辐照情况.

根据GJBT-965《太阳能集热系统设计与安装》，列出广州(东经113°17'，北纬23°8')太阳辐照量情况如下：

2)集热器的方位、安装倾角.

集热器方位角朝向正南放置；热水供应全年使用，集热器安装倾角设为当地纬度.

3)集热器的计算.

表1 太阳辐照量

注:表中倾斜面角度为当地纬度；

集热器前后排之间的日照间距S计算：集热器安装方位角为正南γ=0°，集热器安装高度为H，前后排最小不遮光间距S=H·coth·cosγ0；太阳高度角计算：广州纬度φ=23.13°，对应春分(或秋分)的赤纬角δ=0°，对应9:00的时角ω=3×(-15)=-45°，集热器方位角γ=0°，则：sinh=sinφ×sinδ+cosφ×cosδ×cosω=0.65，得：h=40.54°；则：sinα=cosδ×sinω/cosh=-0.93，太阳方位角α=-68.43°，则：γ0=α=-68.43°，则：集热器前后排间距S=H·coth·cosγ0=0.43H，其中H=3 m，则：S=1.3 m.

(2)贮热水箱的确定.

根据GB50015-2003(2009版)建筑给排水设计规范，太阳能集热系统贮热水箱有效容积Vrx=qrjd·Aj，其中：qrjd为集热器单位采光面积平均每日产水量，直接供水系统qrjd=40～100(L/m2·d)；Aj为集热器总面积；计算结果Vrx=55 m3；水箱选取30 m3×2.

(3)集热循环水泵.

流量：依据匹配集热器的面积而定，保证集热系统的流量为0.015～0.02(L/m2·S)，流量G=786.2×0.02=15.7L/s=56.5m3/h.

扬程：需要考虑以下各阻力：集热系统最不利环路的阻力15.6Kpa；集热器阻力1.5KPa(单组集热器阻力0.5KPa)；贮热水箱进水口与集热系统出水管高差2.5m(25KPa)；扬程为46.3KPa(考虑了10%的附加量).

循环水泵选型：依据流量、扬程选取ISR热水循环泵.

3 结束语

对于太阳能集中生活热水供应系统，空气源热泵是一种比较理想的辅助加热设备，该系统可以全天候满足生活热水的供应，具有环保、节能，具有较好的社会效益和经济效益，尤其适合于在充分利用太阳能的前提下，仍然需要大量使用辅助热源的太阳能热水系统.

[1]GB50364-2005《民用建筑太阳能热水系统应用技术规范》[S]

[2]GB18713-2002《太阳能热水系统设计、安装及工程验收技术规范》[S]

[3]GJBT-965《太阳能集热系统设计与安装》[S]

The Design of Hot Water Supply System of Solar Energy and Air Source Heat Pump

LUChun-ping

(Hebei Institute of Architecture and Civil Engineering,Zhangjiakou 075000,China)

Influenced by weather condition,it is difficult to run for hot water supply system of solar energy all the time,and the auxiliary heating device need setting.Taking hot water supply in a hotel of Guangzhou city as an example in this paper,the heat pump system of solar energy and air source was designed,including the calculation of equipment selection of the air source heat pump,the calculation of the collector area,the determination of the heat storage tank,and the determination of the circulating pump of the heat collection.

solar energy;air source heat pump;hot water system;equipment selection

2015-04-12

卢春萍(1966-)，女，教授,硕士，能源与环境工程学院，热动教研室；研究方向：供热节能.

TU 85

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