关于太阳能与空气能热水系统结合的应用与研究

陈月妃

摘 要：本文就太阳能与空气能热水系统结合应用实例展开分析，并对太阳能与空气能热水系统结合领域研究进展进行了简单论述，希望论述内容能够为相关业内人士带来一定启发。

关键词：太阳能；空气能；采暖

前言：太阳能与空气能均属于可再生能源范畴，单独使用具备较高局限性也是两种热源共同具备的特点，而为了突破太阳能具备的间歇性和稀薄性不足、解决空气能冬季效率低下问题，正是本文围绕太阳能与空气能热水系统结合开展具体研究的原因所在。

1.太阳能与空气能热水系统结合应用实例

为提升研究价值，本文选择了位于我国广西桂柳地区的某小区三室两厅居室作为研究对象，由此开展了太阳能与空气能热水系统结合的应用实践研究，

1.1初步方案

1.1.1结合原理

对于本文研究的太阳能与空气能热水系统结合应用来说，这里的结合需要得到太阳能、空气能、储热水箱、循环水泵、暖气片、管网、控制系统的支持。在太阳能与空气能热水系统结合应用中，空气能在太阳辐射足够情况下无需启动，而当太阳能辐射不足、出现阴雨雪天气时，空气能子系统将自动启动，由此即可始终满足房屋的生活热水和供暖需求。

1.1.2安装方案

研究对象住宅面积为106m2、实际采暖面积62m2、建筑外墙为240mm砖墙，图1为太阳能与空气能热水系统结合安装方案，房屋的阳台不属于供暖区域。在安装方案中，选择了中科蓝天壁挂式集热式太阳能热水器，并使用了该热水器自带的80L承压水箱，集热面积为1.44m2的平板太阳能集热板挂于房屋的阳台外，空气能热水器则安装于楼层东北角外平台。结合q=45W/m2冬季供暖标准，可以确定空气能压缩机输出功率为2700w，如果房屋每天供暖15个小时，其每天最大制热量需求为40500W[1]。

1.1.3供暖末端选型及计算

铜铝复合暖气片具备易维护、散热快优点，暖气片的单片高度为1800mm，分别装于客厅、餐厅、卧室1、卧室2、卧室3的墙上，考虑到卫生间的特殊性，特别为其配置了铜铝复合小背篓散热片。由于选用的铜铝复合暖气片为单根1800mm暖气片，因此结合房间面积最终确定了客厅安装7片、餐厅安装5片、卧室1安装6片、卧室2安装4片、卧室3安装3片。

1.2实现方案

对于本文研究的太阳能与空气能热水系统结合应用来说，如何最大化发挥太阳能与空气能的联合效应属于研究重点，因此设计人员确定了将空气能热水器置于太阳能热水器后端的设计，由此即可保证空气能热水器在太阳能热水器正常工作时无需耗电加热，太阳能的最大化利用也将有效实现能源消耗的降低，图2为太阳能与空气能热水系统结合实现方案。结合图2不难发现，方案中的空气能热水器冷水口与太阳能热水器出水口相连，卧室1通过单向阀与太阳能冷水口相连，空气能热水器的热水口直接连接供热末端，由此太阳能与空气能热水系统结合应用形成了高水准的热水循环，房屋的生活热水和供暖需求由得到了较好满足。值得注意的是，在图2所示方案的热水使用中，太阳能和空气能的两极加热能够有效避免注水带来的热水温度下降，生活热水和供暖热水需求得到了更高水准满足[2]。

太阳能与空气能热水系统结合应用的实现需要涉及管道的预埋，这一预埋使用了特厚20（4分）规格的PPR等径弯头38个、DN20（4分管）规格的过桥弯10个、全铜20（塑）×1/2（丝）规格的PPR内牙2个、全铜20（塑）×1/2（丝）规格的PPR内牙弯头16个、PPR双头活接规格的铜球阀3个、4分止回阀规格的单向阀5个、24V扬程水泵规格的增压阀1个、304不锈钢波纹管规格的进水软管3个、6分全铜球芯角阀规格的角阀6个、4分全铜大流量球芯阀规格的三角阀10个、4分全铜三通接头规格的三通接头10个。

2.太阳能与空气能热水系统结合领域研究进展

随着科学技术的快速发展、人们环保意识的不断增强，近年来我国太阳能与空气能热水系统结合领域研究取得了较为喜人的成果，应用范围广泛化、关注冬季采暖等均属于这类成果的典型表现。

2.1应用范围广泛化

《船舶太阳能空气能联合热水控制系统设计》、《基于能量优化配置的空气能辅助太阳能热水系统的研究》、《太阳能-空气能集热蒸发器现状与发展方向分析》、《太阳能-空气能双热源温室加热控制系统设计》均属于近年来我国太阳能与空气能热水系统结合领域研究取得的成果，而结合这类研究展开分析不难发现，船舶热水供给、能量优化配置、集热蒸发器、双热源温室加热控制系统均属于近年来太阳能与空气能热水系统结合研究的热点领域，例如，在张辰开展的《船舶太阳能空气能联合热水控制系统设计》研究中，该研究围绕船舶太阳能空气能联合热水系统的硬件设计、热水控制系统软件程序及监控系统设计、恒压供水系统模糊控制及控制系统的测试分析开展了深入研究，这一研究有效提升了该领域研究深度；而在刘承容开展的《基于能量优化配置的空气能辅助太阳能热水系统的研究》中，空气源作为太阳能的辅助热源的热水系统基本理论、空气源热泵辅助太阳能热水系统设计、系统的控制系统研究、系统能量优化运行模式研究和效益分析属于其中的主要研究内容，这些同样大大丰富了该领域的研究。

2.2关注冬季采暖

在近年来太阳能与空气能热水系统结合领域研究中，二者结合开展的供暖也受到了学界高度关注，《太阳能空气能地板供暖系统的设计》、《浅析江淮地区太阳能和空气能联合供暖的经济效益》、《壁挂式太阳能空气集热器最佳供暖方式研究》、《太阳能和空气能联合供热水、供暖系统方案设计》均属于其中代表，例如，在曾玲开展的《太阳能空氣能地板供暖系统的设计》研究，该研究涉及了太阳能空气能热水系统的设计计算、太阳能空气能地板供暖系统的仿真分析，最终确定了10kW空气能热泵和8m2平板太阳能集热器能够在20年中节省29958元人人民币；而在郭艺丹等人开展的《浅析江淮地区太阳能和空气能联合供暖的经济效益》中，该研究对太阳能和空气能联合供暖控制系统原理、运行成本分析开展了深入研究，研究最终确定了江淮地区平均每天供暖所需成本为3.29元，这一结论直观证明了太阳能与空气能热水系统结合在冬季采暖领域的应用价值。

结论：综上所述，太阳能与空气能热水系统结合应用具备较高现实意义。而在此基础上，本文涉及的广西桂柳地区某小区三室两厅居室研究实例，则证明了研究的价值。因此，在相关领域的理论研究和实践探索中，本文内容能够发挥一定参考作用。

参考文献：

[1]张东凤，刘永华，赵梦龙.基于太阳能-空气能双能源温室加温的试验平台设计及节能效益分析[J].江苏农业科学：1-4.

[2]熊帝战，杨旭东，王鹏苏.太阳能空气-热水两用集热器设计与实验研究[J].太阳能学报，2017，38（04）：1117-1122.