太阳能

田春雨

摘 要 目前北方地区供暖仍以燃气为主，燃气供暖通过燃烧的方式，将煤炭和天然气资源的能量转换为热能，在能量转换过程中不可避免的会对当地生态环境，造成影响与破坏。空气源热泵供暖系统，可以更为环保的完成冬季供暖任务。文章针对空气源热泵供暖系统应用现状，深入分析探讨系统中存在问题与不足，并提出优化策略。

关键词 太阳能;空气源热泵;优化研究

我国在空气源热泵供暖系统的研究上起步较晚，但近年来进展迅速，取得了许多研究成果，供暖系统技术也相对成熟，但在东北、西北等严寒地区，由于室外温度低，供暖系统负荷大等因素决定，现有供暖系统效能偏低。文章基于上述问题，通过实际案例探讨空气源热泵供暖系统的优化方法。

1空气源热泵供暖系统运行模式分析

目前，我国应用最为广泛也最具备研究价值的空气源热泵供暖系统，是以热泵与太阳能相结合的能源利用方式运行的，文章也以此类空气源热泵供暖系统进行研究。供暖系统主要有室温控制模式、时间控制模式两种运行方法。

（1）室温控制模式。室温控制模式是最为常见的系统控制模式之一，通過室内的温度传感器获取室内温度，并根据预设的温度控制区间控制供暖系统，确保室内温度始终处于适宜的范围内。但在气温极低的严寒环境中，室温控制模式无法保障系统的高效运行，室温控制也不够理想。

（2）时间控制模式。时间控制模式是通过系统预设的供暖时间，控制供暖系统工作的运行模式。通过预设的工作时间表，供暖系统进行间歇性的工作，在确保室内温度适宜的前提下，可以减少在效率偏低时间段运行的时间，实现了节能减排的环保目标。时间控制模式是否高效的核心因素，是系统运行时间规划的是否合理[1]。

2空气源热泵供暖系统分析

（1）室温控制模式运行分析。室温控制模式的优点在于，供暖系统控制是基于室内温度进行的，整个供暖过程中温度波动范围较小，更容易满足人体对温度的舒适性需求。但室温控制模式也存在明显的缺点，例如，对室外环境变换不够敏感，不能根据室外的温度变换对空气源热泵进行动态的调整与控制，在室外温度较低时，系统工作效率极低。

在0点-12点以及19点-24点的时间段中，室外温度均低于-20℃。在该时间段，空气源热泵的供水温度明显低于其他时间段，可见室温控制模式下的空气源热泵容易受到低温环境影响，出现运行效能低的情况，造成了空气源热泵的能源浪费，违背了节能减排的能源利用目标。

（2）时间控制模式分析。时间控制模式是针对严寒地区设计的一种运行模式，以便空气源热泵系统可以在低温环境下继续供暖。时间控制模式下室内温度变化情况如图1所示。

在时间控制模式下，空气热源系统运行时间约为8小时，运行时间相对固定，均为每天的11点-19。该时间段的室外温度相比其他时间段较高，可以大幅度的提升空气源热泵的工作效率，根据实验数据可以看出，当日室内最大温度值为21.32℃，最小温度值为17.37℃，温度差值约为3.95℃，当日内24小时室内平均温度约为19.45℃，可以满足人体对气温的舒适度要求，低温地板辐射供暖方式下地板及墙体具有出一定的蓄热能力。19带你空气源热泵停止工作后，20点室内温度才到达峰值。综上分析，时间控制模式可以有效缓解室温控制模式的各项弊端，大幅度的提高空气热源泵的工作效率，减少热泵运行时间[2]。

（3）节能分析。室温控制模式下，空气源热泵的运转时间是不断变化的，当在夜间低温环境下运行时，空气源热泵的的瞬时制热量平均值约为9.63kW。在时间控制模式下，由于可以人为的选择合适的运行时间，可以避免长时间的低温制热情况，其瞬时制热量平均值可以达到12.28kW。可以看出时间控制模式下的空气源热泵工作效能远远高于室内控制模式下。

上述工作效率差异，在平均温度低于-20℃的严寒环境下体现的更为明显。为了更为深入的对比两种控制方式在节能方面上的差异，进行了对比实验，在平均气温-23℃的环境下，实验房内一天的耗热量约为97.74kW/h，在时间控制模式下，空气源热泵需要工作9.2h才可以满足好热需求，而在时间控制模式下，仅需要7.9h就可以满足上述需求。同时在太阳能与热泵的复合能源供应模式下，两种模式的能源消耗差异更为巨大，时间控制模式下可以将热泵的工作时间尽量锁定在太阳辐射能量最大，室外温度最高的时间段，在系统在具备高效加热效率的同时，也处于低能源消耗的状态下，从而明显缩短系统工作时间，节能优势十分明显，同时也可以提高太阳能能源的利用效率，让供暖系统更为环保。

参考文献

[1] 武晓伟，李洁.严寒地区太阳能-空气源热泵供暖系统优化运行试验研究[J].工程热物理学报，2019，40（4）：900-906.

[2] 杨佳林，崔红社，姜镀辉，等.寒冷地区空气源热泵辐射供暖系统运行策略模拟研究[J].建设科技，2018（19）：21-24，30.