太阳能热泵系统选型-2012.3.30

1.3 系统设计优势
生活热水供热和冬季热水采暖供热是许多地区不可缺少的基本生活条件，我国有 70%的人口需要采暖越冬。 在我国能够享受城市热力管网的单位、 小区域集中采暖的家庭 约占 10%， 约 90%的城市周边地区、 县乡镇和广大农村的家庭基本依靠燃煤或土暖气供热 采暖。供热采暖是个巨大的热量消耗和供应市场。而热水采暖供热则是供热采暖，尤其 是地板采暖的不二形式。 太阳能显热与空气能潜热是取之不尽、 用之不竭的可再生能源， 太阳能与空气能都存在着因为地理位置、气温变换与昼夜更替产生的不稳定性影响，但 太阳能与空气能又是强大的供热资源，一份能量换得一份热量，只要合理的科学的资源 配置，就可以实现太阳能与空气能供热采暖应用。 第一次世界能源危机，欧美国家就开始了太阳热能与空气热能供热采暖的应用，并 已形成完善的技术体系。 房间温度每升高 1℃要增加 17%热耗； 18℃标准室温和不同纬度， 每㎡太阳能集热面积可以驱动 3-10 ㎡建筑面积采暖， 可以节省 30-50%电或燃料； 每 1KWh 空气热能可以驱动 10-25 ㎡建筑面积采暖，可以节省 30-70%电或燃料。太阳能供热采暖 需要有互补热源。夜间或阴雨雪或极端低温天气，太阳能不能满足供热时，需要有互补 热源。互补热源有电、燃气、燃煤等。电热源设备是水循环电热采暖器和太阳能热泵； 燃气热源设备是燃气壁挂炉；燃煤热源是热水采暖炉。电是洁净能源，无污染、无明火、 普及率高、电价适宜，容易实现安全与节电的自动化控制。随着新农村建设和城镇扩建 的发展， 未来 5-10 年将有数亿家庭乔迁新居而提供巨大的供热采暖商机。 而太阳能空气 源热泵互补将是主要的供热采暖方式。 大规模的集中供热水系统，将空气源热泵热水系统与太阳能中央热水系统联合应用（可 以回收废水余热） ，根据季节特征与气候条件，实现在充分利用太阳能的前提下，有效利 用空气中低品位热能作为辅助加热；在阴雨天、连续低温条件下，优先使用空气源热泵， 实现二者化组合及其最优能效比。
5 吨太阳能空气源热泵热水工程热 （SAWS）负荷计算与选型设计
学 专 姓 院：
机械电子工程学院
业：热能与动力工程 班级： 名：
刘悦超
08-2
学号： 200801041719
杨前明
指导老师：
山东科技大学 2012 年 6 月 1 日
山东科技大学
毕业设计任务书
热能与动力工程专业 08-2 班 刘悦超 一：设计课题：5 吨太阳能空气源热泵热水工程热（SAWS）
应该从以下几个方面去努力： 一是加快产品技术创新力度，由纯粹的单机产品向集中供热系统过渡，提高系统的 智能化程度，将单纯的家庭热水需求上升到家庭能源需求；二是积极响应国家政策，将 太阳能热水器与政府的城市规划、 惠农工程挂钩， 加快城市光热建筑一体化建设及提高 农村新能源普及速度，带动太阳能城市市场发展；三是淘汰一批没有竞争力的企业，行 业进行统一洗牌，保留有实力及竞争力、产品质量和售后服务都让百姓满意的品牌，提 高行业生产准入及销售准入门槛； 四是提高企业核心竞争力， 重点是加大技术研发和产 品创新的力度，重点培育一批有技术、有实力的大企业。由此可以预见，未来的太阳能 热利用市场，工程市场将会越来越大，统一安装、与建筑一体化将成为太阳能销售的主 要模式。 太阳能空气源热泵复合热水工程运行监测与控制可视化技术的研究开发， 基于由太阳能 集热系统、空气源热泵热水机组、废水余热回收、蓄热水箱与管网等构成的热水循环系 统与由电子检测传感器、 计算机-可编程程序控制器 （PLC） 构成的监测与控制系统组成。 融合了太阳能热利用、热泵技术、计算机数据自动采集、软件设计与分析等技术。项目 研究开发的太阳能空气源热泵多热源能量监测与控制管理系统具有控制稳定、操作便 捷、系统能量调控科学等优势；将该项技术应用于多热源热水工程，通过监测系统运行 参数、软件自动比较分析，可以提供系统最优运行策略，提升系统综合能效比，为太阳 能空气源多热源热水工程系统获得更加广泛的应用提供硬件保证。
Key words: solar collectors, air-source heat pump, combined hot water project, energy source
1：课题背景及意义 1.1 选题背景
1. 作为清洁、环境友好的绿色能源，太阳能以其独具的优势，是人类理想的替代能源， 其开发利用是最终解决常规能源， 特别是化石能源带来的能源短缺、 环境污染和温室 效应等问题的有效途径，其开发利用必将在 21 世纪得到长足的发展， 太阳能与可再 生能源的规模开发利用已经成为 21 世纪解决化石能源造成的能源短缺、环境污染和 温室效应等问题的重要途径。国家中长期科学和技术发展规划（2006－2010 年） 、国 家十二五科学和技术发展规划（2011-2015）将能源作为第一重点领域，“可再生能源 低成本规模化开发利用”作为其中的优先主题，强调太阳能等开发利用技术作为重点 研究内容之一。 利用太阳能来满足人类的供热需求是人类开发利用太阳能的一个主要 手段。我国太阳能热水器的年产量和保有量均居世界首位。统计数据显示 2010 年我
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国的太阳能热水器年产量为 4900 万平方米，太阳能的保有量为 1.6 亿平方米，国家 对太阳能热水器产业的发展规划是：2015 年我国太阳能单机热水器的保有量达到 4 亿平方米，太阳能热水器的保有量在 5 年内翻一番。 与此同时，随着行业发展以及节能建筑的推广，太阳能与建筑一体化成为行业发展 的主流，我国广大农村太阳能热水器市场也由单机型向工程市场转型，工程市场已 经开始由楼宇集体安装、宾馆、医院等向更多的领域延伸，如工业用水、农业用水 和畜牧用水等生产领域进行扩展。 太阳能集热系统与空气源热泵等多热源复合热水系统，把太阳能热利用技术和热泵 技术、余热和回收技术有机结合起来，向用户供应 40-70℃的中温热水。弥补了单热 源单独工作时存在的不足。太阳能集热系统阳光照射强度充足的情况下，具有结构 紧凑、形式多样、运行可靠、节能明显、寿命长等优点，由于可以采用多样化的、 廉价的集热方式，太阳能热泵系统中的集热器可以适应其与建筑一体化结合的需求。 太阳能热利用技术的本质主要是利用太阳能集热器将低品位太阳能转化为高品位热 能。但由于其自身具有不连续性且随季节变化较大，因此目前不能单独满足大量热 水需求，必须与其他稳定性较大的热源结合使用；空气源热泵热水系统是利用少量 电能把不能直接利用的低品位热源（空气）转化为可以直接利用的高位热能的节能 设备。废水余热回收设备主要是利用水源热泵将洗浴废水中大部分热量回收利用， 减少能源的浪费。太阳能热水系统与空气源热泵热水机组联合供热水工程近年来获 得更加广泛的应用，由于在全年四季中均能充分利用低品位热能，使组合后的太阳 能空气能复合系统较之单一系统更具节能潜力； 另一方面，太阳能空气源热泵多热源热水工程在实际使用过程中，由于是多热源联 合供热，各种热源能量使用合理匹配与管理、如何使多热源系统获得最优能效比则 是该类多热源复合系统需要认真解决的又一个重要课题。能源利用系统的大型化、 分散化、网络化、多功能化管理已经成为能源利用管理系统技术的主流趋势。采用 计算机自动化监控与管理系统已经成为现代能源管理最重要的手段。能源监控与分 析管理（能源管理）是采用现代通信、传感和计算机技术来实现对楼宇建筑物用能 设施的过程监控，可以大量节省人力、能源、降低设备故障率、提高设备运行效率、 延长设备使用寿命、减少维护及营运成本，提高能源管理系统总体运行与管理水平。
1.2 系统设计目的及意义
我国太阳能热利用产业发展速度快、应用范围广，太阳能热水器的年产量和保有量 均居世界首位。 统计数据显示 2010 年我国的太阳能热水器年产量为 4900 万平方米， 太 阳能的保有量为 1.6 亿平方米，国家对太阳能热水器产业的发展规划是：2015 年我国 太阳能单机热水器的保有量达到 4 亿平方米，太阳能热水器的保有量在 5 年内翻一番。 然而 2010 年开始， 太阳能热利用市场零售一度处在难熬的停滞期。 一度拥有 6000 多家 品牌的国内太阳能热利用行业，经历了 2009 年的高潮井喷、2010 年的高位回调，2011 年步入了停滞期， 市场销售遭遇了意外的低谷， 太阳能专营经销商出现了关门歇业的情 况。导致太阳能热水器企业疲软的主要原因有：产品技术含量不高、质量良莠不齐，老 百姓对太阳能热水器认知度有待提高；家电下乡政策接近尾声，市场拉动迟缓；行业门 槛过低，太阳能市场竞争不规范；厂家售后服务得不到消费者认可，消费者对太阳能产 品售后服务的信任度降低；品牌产品寿命较长，更新换代需要一个时间，一些区域市场 开发接近饱和。业内普遍认为，要扭转太阳能热利用行业目前的低迷势头，太阳能企业
关键词：太阳能集热器、空气源热泵、联合供热、能源 Abstract: Based on the application theory of the solar collectors and the air-source heat pump,
we come up with the solar collection system and air source heat pump combined hot water project conception. Having demonstrated the feasibility of the idea from both economy and technology, we carry out a detailed design and description of the system. With the development of our society, energy requirement continues to increase, conventional energy is getting shortage, environmental pollution is becoming serious day by day, while solar energy is the most important basic energy among a variety of renewable resources, aided by a stable source of air source heat pump, which has far-reaching significance for the saving and application of conventional resources!