太阳能与空气源热泵双热源联合热水系统的应用

摘  要：随社会环保建设理念的不断进步，人们越发重视对新能源的开发与利用，当前急需研究一类不但环保且有经济节能的中央空调系统。作为一类新型节能环保技术，太阳能与空气双热源热泵热水系统的推广具有很高的价值，鉴于此，文章对其进行了详细论述，旨在为行业发展提供助力。

关键词：太阳能;空气源热泵;双热源;热水系统;应用

中图分类号：TU832 文献标识码：A    文章编号：2096-6903（2020）09-0000-00

0前言

随着我国市场经济的迅猛发展，人们生活品质得到显著提升，在这个大背景下，我国能源压力越来越大，特别是空调建筑，其能源消耗正在迅速增加，使得我们急需开发与利用能源，为此，人们逐渐重视对太阳能、风能等新能源的应用。在太阳能技术开发利用研究中，需对当面成熟的技术加以利用，结合实际工程建设与施工经验，改革升级相关技术。太阳能与热泵技术有效结合，一种是利用太阳能集热器作为热泵蒸发器的太阳能热水系统，另一个是把空气热泵作为太阳能系统辅助加热设备，因为两种技术不同，所以都存在一定的优势与不足，在具体应用中，要将技术应用水平进行提升，并将系统的作用充分发挥出来，最佳的途径就是将二类技术进行有效结合[1]。

1太阳能与空气双热源热泵相关系统

1.1辅助加热机组

（1）工作原理。运行辅助供热机组时，辅助换热系统主要以加热器为基础。如果系统始终处于低温环境，则需开启热泵加热模式，太阳能热水在相关热交换器的帮助下处理，且蒸发器设备中流进的室外空气可做换热，进而有效控制温度，最终将制冷剂作用发挥出来，有效改善工作条件，提高了在相对高温环境下蒸发吸收的温度[2]。

（2）其一，增加了制热性能系数，当环境温度不改变，太阳能辅助加热可提高整个系统蒸发温度，最终实现机组制热性能提升。其二，可减少系统除霜时间，防止蒸发器结霜，系统的辅助加热，可有效降低结霜概率。并且更好的缩短除霜时间，以实现能耗的降低，为热泵机组连续不断运行提供保证。第三，改善了空调压缩机工作环境。空调压缩机同环境温度比，其压缩比的影响较大。低温环境下，会增加压缩比，排气湿度也易超出系统允许范围，导致压缩机出现连续起停问题，从而严重影响了整个系统的正常运行和性能，同时也会对系统与机组的使用寿命造成影响。若应用太阳能作辅助热源，则可将系统的蒸发温度进行提升，此外，它还能有效解决低温环境下压缩机使用中的问题，从而能够最大程度实现机组性能的提升。

1.2太阳能集热器设备

要想最大程度满足人们冬季取暖和其他季节对热水的需求，则应采用闭式循环系统类型的集热设备，并能在相对压力下正常工作。除了太阳能集热器的热性能与质量外，太阳能集热器安装总面积会影响到太阳能集热器的有效热，若确定了太阳能资源与自然环境条件，将性能良好的太阳能集热器安装在较小的区域内，则获取的热量将更多，所以，想要最大程度获得良好的投资回报，则应该优选高效率的集热器，为满足冬季热水供应需求，太阳能采暖系统需要采用循环系统，但循环系统对承压能力的标准和要求较高[3]。

2太阳能、空气双热源热泵系统优势

此类系统在实际运行中，具备节能性与可靠性等优势，据相关调查可知，在应用该类系统时，能有效结合先进技术，两个系统原有的运行方式相互结合，提高了运行效率，通过防止结霜，可以成功延长整个设备的使用寿命，充分保证了其可靠性与稳定性。此外，相比于传统的系统，每一年可有效节约68%的亮点，不但能够使能耗降低，又能更好的实现节能环保目的[4]。

3太阳能、空气双热源热泵热水系统运行方式

3.1太陽能加热

在日照条件较好情况下，将系统控制器、太阳能热水器和集热器温度有效结合起来，是太阳能循环泵发挥最大功能的最佳途径，集热器的作用是对热量进行收集，然后热量利用换热器进行输送。

3.2太阳能辅助热泵机组加热

太阳能集热器在阴雨天会比热水箱温度低，所以，想使用热水却不能直接进行加热，这时会启动热泵机组加热热水箱，我国秋冬时节，其温度将比热泵机组正常运行的温度低，这样会使热泵机组供热效率受到影响，继而使蒸发器表面结霜，而想要将热泵辅助供热循环作用充分发挥出来，与环境温度高的低温太阳能热水进入热泵机组相比，辅助系统的工作提高了热泵的效率，避免蒸发器表面发生结霜现象，在很大程度上使热泵机组的能耗得以节约。

3.3太阳能、热泵机组同时加热

若有良好的日照条件，则热水器热量消耗会很大，此时太阳能集热系统就达不到其需要，加之太阳能集热器少，从而导致整个热水系统的供热需求无法有效满足。这时，太阳能、热泵机组一起工作的模式，可对热水系统供热需求进行更好满足。

3.4热泵机组加热

在雪、雨等特殊的天气条件下，加热水箱可通过空气源热泵机组加热，而太阳能在这种环境下，却始终处在待机状态。

4太阳能和空气双热源热泵热水系统

4.1运行可靠性

热水系统中，最重要的部分就是空气双热源热泵和太阳能，近年来，在研究持续深入下，特别是在大力倡导的环保理念和可持续发展理念下，持续完善并改革该技术，特别是现今国家全面倡导环保理念及可持续发展理念，将太阳能技术和空气热泵系统技术优势充分发挥出来，有助于原有系统功能的改善，不但可将系统的整体工作效率提升，还可有效保证系统的稳定性。

4.2节能性

分析平均热耗数据，集热面积会通过太阳能系统、热水系统平均热量来确定。通常状况下，太阳能采暖可对大多数环境下热水系统的热需求进行满足，太阳能热泵和空气源热泵机组可满足剩余热量需求，系统整体运行中，与传统的能源热水系统相比，太阳能集热器的效率相对较高，最高将达100%，辅助供热能耗相对较低，太阳能和空气双热源热泵水系统同传统的能源热水系统相比，有更加突出的效果，可以有效满足国家环保标准，进而可延长系统使用期限，工作效率更优，因此，现实意义巨大，可以进行广泛的应用和推广。

5系统应用问题

在热源热水系统、太阳能和空气源热泵的实际应用中，应注意解决应用中的问题，具体情况如下：（1）详细分析系统内外部特性参数，充分了解整个系统运行中的影响因素。（2）若太阳能辐射强度、热水需求、空调负荷等出现改变的状况，要切换系统工作情况，且要确保整个系统的可靠性与稳定性。（3）充分保证整个系统足够稳定与安全，要重视系统设计，测量系统的运行性能，建立系统仿真模型，对系统内外特性参数进行良好分析。为了了解内部和外部运行参数对整体性能的影响，将实际运行参数作为输入，并将仿真试验结果与实测数据进行比较。一方面可以进行仿真测试，一方面能够持续优化设计，以达到系统的节能性与稳定性目标。

6结语

总体而言，随着社会发展，城市化脚步不断加快，城市中人们生活对热水有较大的需求量，对于传统的供暖设备而言，其耗电量巨大，为此，想要更好的实现节约节能，则应该使用太阳能与空气源热泵双热源系统，这样能够将热水系统的运行效果进行提升，还可延长其应用期限，最关键的是还可有效降低对电力资源的损耗，使后续的发展和进步拥有坚实的基础。

参考文献

[1]康彦青.太阳能发电与空气源热泵联合供暖在陕北地区分散式住宅中的应用[J].科技通报，2019（11）：182-186.

[2]武斌，田琦，董旭，等.太阳能+空气源热泵热水机组系统数学模型构建与分析[J].暖通空调，2019（11）：125-131.

[3]祁焕嵬.空气源热泵耦合太阳能供暖系统在青海省的运用[J].建筑节能，2019（8）：50-52，57.

[4]张世超.太阳能—空气源热泵双热源联合干燥系统枸杞干燥研究[D].合肥：合肥工业大学，2019.

收稿日期：2020-07-15

作者简介：刘彬（1985—），男，山东滕州人，硕士，工程师，研究方向：供热通风与空调。