论太阳能与空气源热泵双热源联合热水系统的应用

艾启龙

身份证：23102519871123491X

摘要：由于中国能源生产技术较低，能耗较多，社会资源效率又很低下，进而加重了中国的资源匮乏。目前，虽然中国的所有建筑物都还没有达到节能水平，但在建筑物施工活动与应用过程中直接与间接耗费的资源，均超过了全部社会资源的总量一半以上，为解决我国当前的能源危机，节能减排，新型能源技术的合理发展和使用已受到了全球重视。

关键词：太阳能；空气源热泵；双热源联合热水系统

近年来，各种能源应用形式频出，供能系统出现了一个非常重要的趋势就是“从单一能源到多能源互补”，主要表现为太阳能与空气源、浅层地能、燃气、电、生物质能等能源互补使用。

1 太阳能与空气源热泵双热源联合热水系统应用的重要价值

1.1 节能环保

太阳能和空气源热泵都是可再生能源，利用它们作为热源可以减少对传统能源的依赖，降低能源消耗和碳排放，有助于保护环境和减缓气候变化。

1.2 能源多样化

双热源联合利用太阳能和空气源热泵可以提高系统的可靠性和稳定性。当天气条件不适合太阳能供热时，可以通过空气源热泵提供热水，确保系统的正常运行。

1.3 经济效益

太阳能和空气源热泵的投资和运行成本相对较低，可以降低热水供应的费用。此外，根据当地政府的政策和补贴，安装太阳能和空气源热泵系统还可以享受到一定的经济补贴和税收减免。

1.4 可持续发展

太阳能和空气源热泵是可持续的能源形式，通过它们提供热水可以实现能源的可持续利用。这有助于推动社会的可持续发展和能源转型。

综上所述，太阳能与空气源热泵双热源联合热水系统具有节能环保、能源多样化、经济效益和可持续发展等重要价值，对于促进清洁能源的应用和推动可持续发展具有积极意义。

2 太阳能与空气源热泵双热源联合热水系统应用的常见问题

2.1 天气条件不佳

太阳能依赖于阳光进行发电和供热，如果天气阴雨连绵或冬季阳光照射不足，太阳能供热效果会受到影响。此时，空气源热泵可以作为备用热源，但其效率可能会降低。

2.2 空间限制

太阳能需要安装在宽敞的屋顶或地面上，以获取足够的太阳能。而空气源热泵需要一定的安装空间。如果房屋或场地空间有限，可能无法同时安装两种热源，或者需要进行合理的空间规划。

2.3 初始投资高

太阳能系统和空气源热泵系统的初始投资相对较高，包括设备采购、安装和调试等费用。需要进行经济评估和比较，确保投资回报周期合理。

2.4 运行维护要求

太阳能和空气源热泵系统都需要定期维护和清洁，以确保其正常运行和高效工作。对于用户来说，需要了解和掌握系统的维护要求，并及时进行维护。

2.5 供热能力限制

太阳能和空气源热泵系统的供热能力可能会受到限制，特别是在极端寒冷或极端炎热的气候条件下。用户需要根据自身的热水需求和当地气候条件进行系统设计和选择，以确保系统能够满足实际需求。

以上是太阳能与空气源热泵双热源联合热水系统应用中可能遇到的一些常见问题，用户在选择和使用时需要相应的考虑和解决。

3 太阳能与空气源热泵双热源联合热水系统的应用

3.1 太阳能/空气双热源热泵供热系统设计

系统通过蓄热水箱将空气源热泵系统与太阳能集热器有机结合，水作为吸热介质在太阳集热器内通过单向流动吸收、输送太阳辐射能。其中蓄热水箱与室外换热器并联，在冬季作为风冷蒸发器的补充，其蒸发压力，过热度等要与风冷蒸发器的工况相适应，因此，设计时需对应风冷蒸发器运行工况进行设计。由于热泵机组全年运行，为了保证热泵热水器在低温高温环境中能够可靠运行，及时有效地除霜，本系统采用辅助化霜换热器进行除霜，在运行过程中，控制器通过对环境温度、盘管温度、进水温度、运行时间等参数进行实时采集，实时判断翅片管式蒸发器是否结霜，使系统能及时有效地进入化霜程序运行，在化霜运行过程中，制冷剂经压缩机压缩成高温高压气体通过换向阀换向进入翅片管式蒸发器，在对翅片管式蒸发器除霜的同时制冷剂蒸气被冷凝成低温高压液体，经过电子膨胀阀和化霜电磁阀流入辅助化霜换热器蒸发成代温低压制冷剂气体，最后再经过换向阀回流至压缩机，形成闭合的制冷循环系统；本系统通过套管换热器后面单向阀阻止制冷剂流经套管换热器，有效地防止化霜过程中热量损失，同时也从根本解决了化霜过程中套管换热器被冻裂的可能性。

3.2 运行维护

（1）太阳能部分的运行维护：

定期清洁太阳能集热器表面：太阳能集热器表面可能会积累尘埃、污垢等，影响光热转换效率。定期清洁可以提高太阳能系统的工作效率。

检查和维护管路系统：检查太阳能集热器和水箱之间的管路系统，确保管路无泄漏和堵塞，如果发现问题及时修复。

（2）空气源热泵部分的运行维护：

定期清洁空气源热泵外部：空气源热泵需要保持周围空气流通，定期清洁外部的灰尘和杂物，防止影响热泵的散热效果。

更换和清洁空气过滤器：空气源热泵的空气过滤器会积累灰尘和杂质，定期更换和清洁过滤器，确保空气源的质量和热泵的正常工作。

检查和维护热泵系统：定期检查热泵的压力、冷媒流量等参数，确保热泵系统的正常运行。

（3）总体系统的运行维护：

定期检查系统的运行状态：定期检查系统的运行状态，包括太阳能集热器、空气源热泵、水箱等各个部分的工作情况，及时发现和解决故障。

定期清洁水箱内部：定期清洁水箱内部，防止水垢和污垢的积累，并检查水箱的绝缘和密封性能。

定期维护控制系统：定期维护和检查系统的控制系统，确保温度、水流、压力等参数的正常控制和调节。

运行维护的频率和具体细节可能因系统的具体设计和制造商的要求而有所不同。用户应根据系统的使用手册和相关建议，制定合理的运行维护计划，并定期进行检查和维护，以确保系统的正常运行和寿命。如有问题，建议咨询专业技术人员进行维护和修理。

3.3 不同太阳能地区太阳能空气源热泵集成热水系统

（1）太阳能资源丰富地带

我国西南部的太阳能资源丰富，其整体太阳曝辐射量范围达到5400~6700左右，昆明为该地区太阳能资源的典型代表城市，其平均每年的日照时间大约是2300小时，其日照射率大约是57%左右，其平均每年的辐射总量大约是5783MJ/㎡，太阳能热水系统在该地区应用广泛。其太阳能空气源热泵集成热水系统的设计方案如下，为非直膨并联式系统。

（2）太阳能资源一般地区

我国西北部的太阳能资源处于一般水平，其整体太阳曝辐射量范围为4200~5400左右，西安为该地区太阳能资源的典型代表城市，其平均每年的日照时间大约是1711小时，其日照射率大约是55%左右，其平均每年的辐射总量大约是4500MJ/㎡，每年的平均气温为13℃。冬季气温较高且气候干燥，夏季炎热，其气候条件适用于太阳能空气源热泵集成热水系统。文中以西安地区的气象资料作为计算基础，其太阳能空气源热泵集成热水系统的设计方案如下，为非直膨并联式系统。

4 结束语

阳光、空气等都属于可再生能源，在节能降耗的情况下，也应该发展。在综合研究了两类能源的优缺点的基础上，重点指出了太阳能结合空气源热泵联合热水系统在热水供给稳定节能安全等方面的优势。同时总结了实际研究数据和工程应用情况，综合研究结果显示，太阳能结合空气源热泵联合热水系统在经济性和节水等方面都优于传统常规热水器系统，并实现了热水工程应用的稳定、快捷性，并需要继续深化开发。

参考文献：
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[2]刘孟孟.太阳能与空气源热泵双热源联合热水系统的应用[J].居舍,2019,(07):176.

[3]王晓楠.太阳能与空气源热泵双热源联合热水系统的应用[J].中国给水排水,2015,31(14):50-53.