太阳能与空气双热源联合供热水的解决方案.

太阳能与空气源热泵耦合供热技术应用研究李旭林张梓蕴王云龙(沈阳建筑大学市政与环境工程学院，辽宁沈阳110168)摘要：在我国北方村镇建筑，供暖上仍然存在着很多资源配置不合理、污染严重等问题。

随着清洁能源的发展，各种太阳能耦合空气源热泵系统的研究也得到越来越多学者的关注。

本文主要根据国内外研究成果，综合论述太阳能集热系统和空气源热泵系统不同耦合方式的研究。

从实际应用的角度出发，针对太阳能耦合空气源热泵系统不同运行方式、研究进展进行分类总结，提出相应的优缺点及适用条件。

同时，提出一种新型以双源蒸发器为核心部件的双源耦合系统，可实现能源的T级利用，为北方地区清洁能源供暖提供一种可行性方案和技术支持。

关键词：空气源热泵系统；太阳能集热系统；清洁供暖；耦合方式中图分类号：S214文献标识码：A DOI：10.19754/j.nyyjs.20210430017引言清洁供暖是我国大气污染防治工作的重要组成部分，为充分实现供暖技术的清洁性，充分引导各地的供暖方式向低能耗、低排放的方向发展。

北方农村既有取暖方式主要以污染高的散煤燃烧为主，在浪费大量化石能源的同时，还造成严重的室内外空气污染，故在北方农村推进清洁取暖对降低取暖能耗节约资源有积极影响。

近年来，空气源热泵系统作为可再生能源，是目前建筑节能领域重要的供暖形式，太阳能集热系统可全年使用。

如果将二者系统耦合供热，可提高能源利用率，弥补不足。

因此，将太阳能耦合空气源热泵系统作为最佳耦合系统的研宄具有十分重要的意义。

1常规太阳能与空气源热泵系统耦合方式1.1直膨式太阳能耦合空气源热泵系统直膨式太阳能热泵(DXSAHP)有效地利用了太阳能光热系统和热泵系统，来自太阳辐射或环境空气中的热量直接通过太阳能集热装置吸收热量，经过压缩机直接将热量传递给冷凝器至末端设备，是实现节约能源和可再生能源利用的有效方案。

直膨式系统见图1,其运行简单，主要依靠太阳能辐射吸收热量来供热，但由于太阳能的不稳定性，系统受太阳能辐射强度影响较大，适用于太阳能资源充足的地区。

太阳能与空气源热泵双热源联合热水系统的应用摘要：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。

而热泵技术是利用低品位可再生能源的有效方式，因而以热泵技术为基础的多能源组合供冷供热技术的发展已经引起广泛重视。

基于此，本文主要对太阳能与空气源热泵双热源联合热水系统的应用进行分析探讨。

关键词：太阳能；空气源热泵；双热源联合；热水系统；应用前言太阳能作为可再生能源，存在能流密度低，间歇性和不可靠性的缺点，但可以通过水箱将其热能蓄存起来。

将太阳能与空气源热泵通过蓄热水箱结合组成系统，在兼顾提供生活热水的同时，可以提高系统的蒸发温度，从而弥补空气源热泵和太阳能的不足，同时向用户供生活热水，解决寒冷地区冬季环境温度较低时空气源热泵制热能效比低的问题。

该系统与传统的使用电加热及单一空气源热泵供应生活热水系统相比，减少了能耗及对环境的污染，并且系统性能有较大的提高。

1、太阳能/空气双热源热泵系统设计1.1空气源热泵系统由于地域条件的限制，随着室外环境温度的变化，空气源热泵的制热量、能效比等也随之发生变化。

冬季制热时，空气源热泵系统的蒸发温度随室外温度的降低而下降，压缩机的制冷剂流量降低，导致系统的制热量降低，而用水热负荷随环境温度的降低而升高，当室外空气温度低于某一值时，系统供热量满足不了负荷要求，需要辅助加热。

反之，室外温度升高时，空气源热泵系统的制热量增大，但用水热负荷降低，即系统的制热量与热水负荷为负相关关系，这个温度值即为平衡点温度（见图1），其值取决于空气源热泵的制热性能，也决定了热泵容量及太阳能集热面积。

图11.2太阳能集热水系统太阳能集热系统由太阳能集热器，蓄热水箱及其连接管路和附件组成。

热水箱给用户提供生活热水，设计水温50℃。

1.3太阳能/空气双热源热泵供热系统设计系统（如图2）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。

太阳能+Solar energy +摘要：本文以保定农村地区“太阳能+空气源热泵”采暖系统示范点为案例，介绍一种将太阳能技术和空气能技术有机结合在一起、利用空气源热泵与之联合运行、辅助供暖的采暖技术实施方案。

系统分析了其设计方案、技术参数、经济效益、技术优势等特点，为北方农村推广“太阳能+空气源热泵”采暖提供了参考。

关键词：农村；太阳能；空气源热泵；采暖1 前言目前，我国北方地区清洁采暖比例较低，特别是部分农村地区冬季大量使用散烧煤采暖，污染物排放量大，已成为我国北方地区冬季雾霾的重要原因之一。

《北方地区冬季清洁采暖规划（2017-2021年）》明确提出：“农村地区应优先利用地热、生物质、太阳能等多种清洁能源供暖，有条件的发展天然气或电供暖，适当利用集中供暖延伸覆盖。

2019年，清洁采暖率达到20%以上；2021年，清洁采暖率达到40%以上”[1]。

在诸多采暖方式中，太阳能采暖技术是最为绿色、清洁的采暖方式。

太阳能采暖系统是指以太阳能作为供暖系统的热源，利用太阳能集热器将太阳能辐射能转换成热能，供给建筑物冬季供暖和全年其他用热的系统。

在我国北方农村地区大力推广太阳能采暖系统成为优选。

但是太阳能受昼夜、季节、纬度和海拔高度等自然条件限制和阴雨天气等随机因素影响较大，而且太阳能热流密度低，因此若要实现较高的采暖保证率，所需太阳能集热面积及储热容量均较大。

结合农村居住建筑的实际需求和经济条件，从控制成本、便于推广的角度来看，太阳能与其他可再生能源相结合，是降低采暖系统生命周期费用的有效途径。

[2-4]本文以保定某地“太阳能+空气源热泵”采暖系统试点为案例，对其系统设计、运行效益、技术特点等进行了研究分析。

2 项目概况河北省印发了《河北省农村地区太阳能取暖试点实施方案》，并确定石家庄市、阜平县要先行试点示范。

“太阳能+空气源热泵”采暖系统试点位于河北省保定市阜平县某农村居民住宅。

阜平县气候为大陆性季风气候，暖温带半湿润地区，冬季寒冷、干燥、少雪，年均气温为12.6℃。

太阳能与热泵联合供热如何充分利用太阳能摘要: 太阳能与热泵机组混合式供热水系统充分利用了太阳能和热泵机组供热水各自的优点, 可实现稳定的热水供应并节约能源; 本文提出了在混合式供热水系统设计和运行控制方面的一些看法, 对于供热水的空气源热泵化霜也进行了讨论, 可供具体工程作参考。

关键词: 太阳能; 热泵; 热水供应; 控制; 化霜0 引言热水供应占据了家庭及商业用户能源消耗中的一大部分。

在世界大多数家庭能量需求中, 约有1/4 ～1/3来源于对热水的需求, 例如日本, 1999 年家用热水能耗已占家庭总能耗的34% 。

由于近年来, 人们生活习惯的改变和生活质量的提高, 住宅和专用建筑物越来越重视热水供应。

目前国内家庭日常生活中所需要的热水, 大部分均通过专门的热水器( 如电热水器、燃气热水器等) 获得。

这些装置都是用高品位的能量来换取同等数量的低品位热量, 不符合现代节能的原则。

这就使研究开发新型热水系统为家庭、宾馆等洗浴用户提供温度为40～50℃的生活热水显得非常有意义。

1 太阳能热泵供热水系统太阳能是地球上一切能量的主要来源, 也是一种无污染的、安全的、无穷无尽的自然能源。

在能源和环境形势日益严峻的今天, 太阳能作为一种具有代表性的新能源, 被认为是21 世纪以后人类可期待的、最有希望的能源, 并得到了越来越广泛的重视。

太阳能热水器因其节能、环保的优势在我国得到了迅猛发展。

2003年全国太阳能热水器保有量达4000 万㎡, 其产销量和安装面积居世界第一。

但是, 太阳能本身所固有的低密度、不稳定性和间断性等缺点, 加上太阳能集热器件与建筑结构不匹配等突出问题, 大大限制了其规模化的开发和利用。

常规的太阳能热水器受气候条件影响较大, 在热水需求量最大的冬天, 太阳所辐射的能量比夏天少得多, 导致热量供需成为固有矛盾; 由于太阳低沉而减弱的太阳辐射, 进一步受到大雾迷漫、连日阴雨等天气因素的影响, 因此地面上所能得到的辐射能量是极其有限的; 受建筑结构影响, 太阳能热水器的安装也有一定限制, 购买成本及维护成本均较高。

太阳能和空气源热泵联合供热系统合用储热水箱容积的探讨作者：谭春来源：《房地产导刊》2014年第07期【摘要】通过攀西地区的工程实例，对太阳能加热系统和空气源热泵联合制热系统合用储热水箱有效容积的设置进行了探讨，并得出结论。

【关键词】太阳能空气源热泵储热水箱1.1太阳能和空气源热泵联合制热系统为响应国家节能减排，发展清洁能源的号召，减少雾霾的产生,当在太阳能资源比较丰富的地方应设置太阳能热水系统。

攀西（攀枝花和西昌）地区贴近云南，日照充足，晴天居多，属于冬暖夏热的区域，非常适合太阳能和空气源热泵的设置。

《建筑给水排水规范》GB50015-2003(以下简称建水规范) [3]对于太阳能加热系统和空气源热泵热水供应系统储热水箱有效容积都有特定公式可查。

但对于某些中小型建筑，为节省投资，太阳能和空气源热泵通常合用一个储热水箱。

建水规范对于这种合用水箱的容积没有一个特定标准。

下面以一个工程实例对此进行分析。

2.1工程实例某宾馆位于西昌市，设计床位m=350人，时变化系数内插法计算得Kh=3.2，热水定额取qr=140L/人•日。

用水时间T=24小时，采用太阳能和空气源热泵系统联合供热。

宾馆设计热水日用水量： =49m3/d宾馆设计热水最大小时用水量 =6.53m3/h2.1.1通过太阳能系统计算储热水箱：公式1式中：Ajz——直接加热集热器总面积(m2)；qrd——设计日用热水量（L/d），以140L/人•日计C——水的比热容，C=4.187（kJ/kg. ℃）；ρr——热水的密度，取ρr=0.9832kg/L；tr——热水温度（℃），tr=60℃；t1——冷水温度（℃），四川地区t1=7℃；Jt——集热器采光面上年平均日太阳辐照量(kJ/m2.d)，参照昆明地区Jt=15551kJ/m2.d；f——太阳能保证率，取f =50%；ηj——集热器年平均集热效率，取ηj =50% ；η1——贮水箱和管路的热损失率，取η1 =20%；代入数据可得，Ajz为859.3m2，太阳能水箱集热系统储热水箱有效容积公式2式中Vr——储热水箱容积（L）qrjd——单位采光面积平均日的产热水量（L/m2.d），直接供水系统qrjd=40～100L/m2.d，根据我国太阳能资源分区及分区特征，攀西地区属于太阳能条件资源一般地区，取60 L/m2.d。

图2作者简介：任晨曦（1994年9月—），女，沈阳建筑大学，硕士，建筑与土木工程专业。

一种太阳能-空气源复合热泵的运行方案任晨曦（沈阳建筑大学市政与环境工程学院，辽宁沈阳110168）摘要：本文介绍了太阳能热水系统与空气源热泵的工作原理，分析了各系统的优缺点，介绍了一种新型的太阳能-空气源复合热泵系统及其运行模式，分析了系统在不同工况下的运行方案，该系统可全年提供生活热水，供暖季由蓄热水箱接末端设备供暖。

关键词：太阳能；空气源热泵；复合运行中图分类号：TM 615文献标识码：A文章编号：1671-1602（2019）21-0141-02前言随着经济社会的发展与进步，人们生活水平的提高，我国的建筑能耗呈持续性增长的趋势，据2017年全国建筑能耗数据分析，我国建筑能耗总量达到8.57亿吨标准煤，占全国能源消耗总量的百分之二十。

更有甚者，部分发达国家的建筑能耗可占其全年总能耗的三分之一。

因此，节约能耗势在必行，热泵是一种以消耗部分能量作为补偿条件，是热量从低温物体转移到高温物体的能量利用装置，在暖通空调工程中可以使用热泵作为空调系统的热源，以提供100℃以下的低温用能。

太阳能热水系统太阳能作为一种可再生能源近年来受到大家的广泛关注，其成本低，清洁环保，使用过程中不会产生污染物，并且取之不尽用之不竭，我国太阳能资源十分丰富，平均日辐射量可达到4kw／m 2，年日照时数在2000h 以上，目前我国应用太阳能最广泛的领域是太阳能热水系统，若将太阳能应用到住宅供暖中，不仅可以解决供电紧张，减少化石能源消耗，缓解能源危机给当今社会带来的压力，也会为环境保护，改善人类生存环境做出贡献，具有一定的社会效益和经济效益。

但太阳能系统具有一定局限性，在太阳能集热器运行过程中，其制热量受到诸多因素的影响，如太阳辐射强度，环境温度，集热器进出口温度等。

由于太阳辐射有季节，昼夜的变化，所以太阳能系统的制热量具有很大的不稳定性，如果要利用太阳能系统，就必须要解决其间歇性和不可靠性的问题，需要具备大容量的蓄热水箱并配置其他形式的辅助热源。