太阳能供暖系统分析

太阳能供暖系统分析（精选7篇）

太阳能供暖系统分析 篇1

2011/6/24/11:7来源：中国太阳能网

【慧聪太阳能网】近年来，富民政策和新农村建设政策的落实，使农村百姓的生活发生着日新月异的变化，生活水平的提高，村里人也开始追求生活的便捷和舒适，太阳能行业的高速发展正是抓住了这个时机。相关数据显示，目前我国太阳能的市场零售，九成以上的销售业绩都来自农村市场。在燃气热水器、电热水器、太阳能热水器三者的对阵中，太阳能凭借节能、环保、容水量大、运行费用低、具备安装条件等优点，成为农村消费者的首选。

据调查了解，在很多地区甚至根本没有燃气热水器和电热水器产品出售。销售人员表示，燃热、电热在农村没有市场，所以根本没必要进货，由此可见百姓对太阳能热水器的认可度。这些年虽然太阳能在农村已经基本普及进了千家万户，但是每年冬天使用太阳能洗澡还是一个难题，要想实现冬季浴室的洗澡，必须解决浴室的取暖问题，而加装的燃煤或电暖气取暖既麻烦又浪费，燃煤排放的气体，又对周边的环境产生了一定程度的污染，丧失了使用太阳能热水器节能环保的优势，所以大部分村民不得不放弃太阳能冬季的使用。

福达高科公司“太阳能浴室卫生间厨房供暖热水解决方案”所解决的正是这一症结，把太阳能热水器产生的热能充分利用，通过系统的循环，源源不断地提供洗浴和生活用热水，同时也解决浴室的取暖及防冻，一举多得，既实现了高节能、零污染的愿望，又大幅降低了采暖、洗浴的成本，提高了太阳能的使用效率，改变了大多数村民过去冬季用不了太阳能热水的状况。

系统说明

1.本系统主要适用于10~20平米得小面积的农村浴室及厨房。太阳能热水器规格：Ø；58x30-36支（容水量300~360升）；

2.在解决浴室洗漱、洗澡用水、也可解决四季厨房用热水及生活用热水，解决冬季卫生间、厨房的供暖（防冻）；

3.使用本方案也需提高新农村百姓建筑结构的质量，如墙体双重保温，室内保温吊顶，加大向阳面开窗尺寸，窗户使用双层隔热玻璃等，使人们的居住水平得到进一步提高；

4.阴雨雪天光照不足时，则可用电辅助加热，冬季洗浴时视情况可提前打开浴霸，升高浴室温度，增加洗浴的舒适度。

运行模式

1.本系统采用定温循环，供暖循环，电加热辅助三种结合的运行方式，用福达高科太阳能专用单机进行集热，确保集热效果，保证全年任意时间段热水的供应。

2.系统采用定时或定温温差循环，当时间或温度达到控制仪的设定值时，系统自动进入循环模式，通过对循环水泵的控制，系统自动开始或者停止管路循环，使热量合理通过室内暖气终端，从而带动室内取暖，冬季达到防冻的效果。

3.系统的电补采用可调节控制方式，会根据用户的自行设定的数值运行，这样用户可以根据天气情况灵活调节控制仪的设定值，从而大大降低夜间及阴雨天太阳能热水器的耗电费用。

自动控制仪的功能

1.系统采用电脑控制仪智能控制，全自动运行，无需专人值守，控制仪上的水温显示、水位显示功能，使用户对太阳能热水器的状态一目了然。

2.太阳能自动上水功能，系统会根据太阳能用水情况或设定的时段，及时补水，全天候保证太阳能热水的供应。

3.温差循环及用水自动增压功能，保证供水管路热水温度，打开喷头很快就出热水，而且保证洗浴时水的流量，增加了洗浴舒适度。

4.防冻循环功能，系统会根据管路的温度，自动启闭防冻功能，包括防冻伴热带、电辅助加热及太阳能暖气片的水循环，做到尽量降低取暖及防冻的成本。

技术优势

太阳能洗浴加供暖系统的一次性投资明显低于燃油、燃煤锅炉等供热方式的初始投资，在同等供热情况下日常运行费用大大低于燃油、燃煤及气电锅炉，比土暖气、空调也便宜很多。实现全年的洗浴功能后，解决了太阳能热水器冬季的闲置，设备折旧加速的问题。在同样浴室及厨房的取暖面积和热水用量下，对比其他供暖方式，使用本系统3~6年可回收投资，在之后的10年左右时间，使用本系统的费用大大低于传统方式的投资与费用。太阳能供暖洗浴系统由高效太阳能集热系统和室内电脑智能控制系统组成，运行设定简单，在很多地区晴朗天气下，浴室及厨房全年就用太阳能供热即可。如果阴雨天或夜间感觉室内需要更高温度，则用电补充即可，而且可把日常费用降到最低。

全国各地条件不同，初始投资和运行费用也不相同。而太阳能洗浴加供暖系统的运行自身基本不需费用，而其他的供暖方式费用都在逐年提高。太阳能供暖洗浴系统，运行设定简单，在很多地区晴朗天气下，全天供热都用太阳能完成，无需启动电加热，每天24小时应用。每年根据气温想用多少天就用多少天，不用像使用燃气锅炉或空调等担心费用高而只能一天开上2个小时，其他时间则温度较低。本系统对于对于新农村家庭、门店、别墅等尤其适用。因为性价比的优势，假以时日一定会成为普通太阳能热水器之后第二个太阳能大面积应用的领域。

太阳能供暖系统分析 篇2

1 系统总体设计

该系统采由两套供暖系统构成, 一套为供暖管道供暖方式, 另一套为热泵空调构成的太阳能供暖控制系统。供暖时, 太阳能集热器内的水由水泵直接送入供取暖管道后, 经散热片向室内提供热量。当温度传感器检测到保温储水箱内的水温不满足直接为室内供暖时, 此时起动热泵空调供暖系统, 使二者同时工作;若集热器内温度低于室内温度则由热泵空调单独供热;当保温储水箱内温度低于地下水温度时采用地下水进行换热供暖。热泵空调系统主要由太阳能集热器、保温储水箱、蒸发器、压缩机、冷凝器、显示控制单元组成等组成。保温储水箱内的热水进入蒸发器、四通换向器、压缩机、冷凝器后向室内提供热量, 以满足室内供暖的要求。经冷凝器冷凝出来的水再送入太阳能集热器内, 达到水的循环利用。气温高制冷时, 太阳能集热器内的水由于温度过高不宜为室内制冷, 此时, 使用地下井水为室内制冷, 地下水可以直接送入取暖管道内循环, 由于地下井水的温度很低, 在取暖管道循环时换走了室内的热量, 降低了室内的温度。当采用地下井水不能达到室内要求温度时, 启动热泵空调的制冷功能, 使二者同时运行制冷。压缩机将吸热端吸入的低温低压制冷剂气体经压缩后变成高温高压制冷剂气体排入冷凝器后, 被接在冷凝器侧地下水系统冷却变成中温中压制冷剂液体, 制冷剂液体再进入蒸发器进一步膨胀蒸发吸热。同时整个系统还可以对室内的温度进行控制, 这样不仅保证了整个系统的完整性, 更考虑到际应用价值 (图1) 。

2 硬件电路的设计

硬件电路主要由温度检测模块、键盘显示模块和驱动模块等组成, CPU采用AT89S52单片机。室内温度检测部分要对室内温度进行多点检测, 然后将各点检测温度送入单片机处理, 求出室内平均温度, 并通过显示单元显示, 单片机根据检测到的温度去控制压缩机的工作。储水箱温度检测是对由集热器加热后的冷水进行温度检测, 把检测到的模拟量送入A/D转换器, 然后经模/数转换后再送入单片机进行数据处理, 最后由显示单元显示出储水箱内的温度。系统可以通过键盘对室内的温度进行设定, 满足室内温度的要求。

系统中温度检测主要由两部分组成, 一部分为Pt100对储水箱温度的检测, 为用户提供经太阳能加热后的水的温度, 看看是否适合供暖和生活用水。另一部分是用DS18B20对室内温度的检测。对室内温度的检测, 而去控制压缩机工作, 以便为用户提供舒适的室内温度 (图2) 。

如图2所示, 为Pt100的测温原理图, 由Rt (Pt100) 和R1、R2、R3组成传感器电桥电路, 其输出经三运放高共模抑制比放大电路进行信号放大。然后接采样保持器输送到A/D转换芯片中进行A/D转换。r为铂电阻的补偿导线。三个运算放大器采用OP37组成高共模抑制比放大电路。铂电阻采用Pt100, 测量精度为0.01℃。已知铂热电阻随温度变化的公式

式中, Rt是温度为t时的铂电阻值;A=3.908 02×10-3;B=-5.80195×10-7;t为温度;R0是0℃时的铂电阻值, 得到公式

按公式 (7) 可以计算出温度为t时的电阻值。但由铂电阻的阻值很难直接求解出温度值, 使用表格线性插值法进行温度的标度变换[2], 把步长为1℃的Pt100所对应的电阻值表用三次插值法细化成步长为0.1℃。将测得的电阻值与表中电阻值进行比较, 直到Rn

3 系统软件设计

系统程序住主要包括主程序、DS18B20温度检测子程序、Pt100温度检测子程序、压缩机驱动子程序、四通换向器驱动子程序、循环泵驱动子程序等。

主程序主要完成系统数据的初始化, 进行程序自检并判断仪器是否能正常工作, 以及设置中断响应及一些功能的判别等。系统投入运行的最初时刻, 应该对系统进行自检和初始化。开机自检在系统初始化前执行, 如果自检无误, 则对系统进行正常初始化, 通常包括硬件初始化和软件初始化两个方面。硬件初始化工作是指对系统中的各种硬件资源设定明确的初始状态, 如对各种可编程芯片进行编程, 对各I/O端口设定初始状态和为单片机的硬件资源分配任务等。

4 系统应用效果

本系统在一平房住宅实际应用 (住宅房顶和墙壁加了保温板) , 效果较好。

当户外温度低于30℃时, 只采用地下水制冷可使室内温度低于24℃;当温度达到35℃时, 要开启热泵空调时二者同时工作可使室内温度低于24℃。冬季供暖时, 如果阳光充足, 当户外温度高于-10℃时, 户内温度可达18℃;当户外温度高于-20℃时, 只采用太阳能热水供暖, 户内温度可达14℃;当温度在降低时, 需开启热泵空调供暖。

该住宅每年用煤取暖, 大约需要2 000～2 500元钱;夏天采用空调制冷大约需电费1 000～2 000元。而冬天供暖基本上保证室内温度14℃左右;夏天制冷时也只是开部分空调, 或偶尔开空调。如果要想使冬天和夏天室内温度达到理想情况, 那么煤和电的成本将会是原来的3倍左右。采用本系统后。是室内温度达到理想效果时的成本仅为2 000～2500元钱。

5 结语

目前, 冬季供暖成本高, 污染严重, 是人们一直亟待解决的实际问题。针对此问题设计了清洁、低成本的太阳能供暖系统。本系统应用到生产生活中后, 将对现在的供暖带来巨大的变革。

系统使用时要做好储水箱的保温和房屋的保温工作[3];同时采用地下水制冷时还要注意一个问题:供暖管道和暖气片会结露, 露水使室内潮湿, 同时会腐蚀管道。所以管道尽量不采用钢铁类材质;而暖气片采用碳钢类或铜铝等材质。但结露情况目前还没有解决办法, 今后会进一步研究探讨。

摘要：该供暖系统由双系统构成, 一种是常规的供暖管道供暖系统, 另一种是热泵构成的供暖系统。供暖时, 太阳能集热器内的热水直接经供暖管道循环向室内供暖;当储水箱内的水温较低不适合直接使用时, 启动热泵供暖系统供暖;需要制冷时, 直接使用井水在暖气管道内循环制冷。控制部分以单片机为核心, 可通过键盘对室内的温度进行设定, 由温度传感器对室内的温度进行检测, 与设定值比较, 进而控制压缩机工作;根据检测到的温度值, 实现地下水和太阳能热水之间的转换, 从而实现制冷与制热之间的切换。本系统使用后可以充分利用了太阳能供暖和夏天制冷, 同时又节省电能。

关键词：太阳能集热器,四通换向控制,供暖控制,制冷控制

参考文献

[1]马东华, 杨庆.太阳能预加热热水系统方案设计研究[J].给水排水.2009, 35 (2)

[2]尹伦海, 梁清华.电热带电热特性的实验探讨[J].科技信息, 2008, (1) :11～12

集中供暖系统的能源节约分析 篇3

1 集中供暖系统能量消耗的流程环节

集中供暖的基本方式为热源单位（热力公司锅炉房）通过一级热网输送管道将高温高压热水（或过热蒸汽）输送到各热力站（换热站），在热力站中经热交换器将二级热网采暖热水加热，循环泵通过二次热网管道将采暖热水送到各热用户。

1.1 集中供暖系统消耗能量的流程

目前我国集中供暖系统的热源主要来自区域锅炉房和城市热电厂。锅炉房的主要耗能设备是锅炉、燃料输送及灰渣清除机械、鼓风机和引风机、水处理设备和输配系统的水泵（循环水泵、补水泵和加压泵）；它们耗用的能源是燃料、电力、水和热；通常可以用单位供热量的消耗量来评定耗能水平。

传统的集中供暖系统由热源（如锅炉房）将热能送达热用户，一般都要经过供热制备、转换、输送和用热这几个环节。热能输送由热网承担，供热管道由钢管、保温层和保护层组成，其结构依敷设而异。管道敷设有架空、管沟和直埋三种方式。它们的能量消耗是沿途散热的热损失和泄漏的水、热损失。一般可用热网热效率来表示其保温效果和保热程度；热网补水率来表示热网水泄漏的程度。在热网管线上有时根据实际情况设置中间加压泵，以降低和改善系统水力工况，它的能量消耗设备是水泵，可用单位供热量的耗电量来评定耗能水平。

能量转换是通过热力站交换器（换热站）把一级热网的热能传递给二级热网，并由它输送到热用户。热力站是二级热网的热源，主要耗能设备是热交换器、二级热网系统循环水泵和补水泵。它们耗用的能源是一级热网高温水/蒸汽、电力、水和热；通常可以用单位供热量的消耗量来评定耗能水平。

用热环节即终端系统用热设备。城市集中供热主要是建筑物内的采暖，本文为简化分析只谈最大热用户。一般都是通过采暖散热器把热传给房间以保持舒适的室内温度。它的耗能设备是采暖散热器。其能耗量取决于建筑围护结构的保温性能、室内温度和外界环境的温度；其耗热量可通过计量进入的循环水量和供、回水温差积分获得。通常以单位供暖面积的耗热量来评定耗能水平。

1.2 集中供暖系统的热耗、电耗及系统泄漏损失

集中供暖系统从供热设备→转换→输送→用热环节分析，能量进入和输出在理论上必须相等，即：

1）输入总能量=可利用能量+∑能量损失。2）能源利用率=可利用能量/输入总能量。集中供暖系统是由多个子系统组成。锅炉房、一级热网和热力站组成一级热网子系统，热力站（换热站）是该子系统的热用户，锅炉受热面成为能量转换设备，锅炉是热源。热力站、二级热网和终端组成二级热网子系统，热力站热交换器成为该子系统的能量转换点，一级热网水则为它的热源。广大的热用户是终端，采暖散热器则是终端用热设备。

系统电耗评估与热能评估一样可以子系统计算后叠加。系统主要耗电设备有循环水泵、补水泵、鼓风机和引风机及配套电气设备等。

系统泄漏损失导致水资源和热能两方面损失，在系统稳定情况下，水资源损失量可认为等于系统补水量。

2 集中供暖系统能耗水平悬殊的原因分析

2.1 设备效率的影响

锅炉是集中供暖系统中的最主要的能源消耗设备，锅炉热效率是衡量热源子系统热能利用率的重要指标，反映燃料有效利用的程度。目前我国燃煤锅炉的设计热效率（≥7MW）一般在70-80 %左右。但在日常使用中，锅炉热效率跟锅炉结构、燃料供应、技术水平、管理水平、人员素质等各方面均有着密切的关系。运行管理好的情况下能接近或达到设计热效率；运行管理差的情况下，锅炉燃烧不充分、排烟温度过高、各项热损失大，热效率往往达不到50%，导致能源浪费，大气环境污染增加。

风机、水泵效率是电能转化为有用功的比率，体现电能有效利用的程度，目前风机、水泵的效率一般在55-75%。它们的流（风）量和扬程（压头）的选择与配置是十分重要的。如果选择与配置合理，装机电功率匹配，运行工作点处于设备高效率区域，则电耗少；反之如果选择与配置不当（多数是偏大的情况），装机电功率偏大，运行工作点偏离设备高效率区域，则电耗多，两者的相差可达10-30%。不仅如此，锅炉的鼓、引风机配置不当，还会导致锅炉热效率下降；循环水泵如配置不当，将直接影响系统水力工况。

风机是热源子系统的主要附属设备，水泵是热网（一级和二级）子系统的主要设备。风机、水泵电耗的大小，不仅直接影响电能资源，也对运行成本有显著影响。由于集中供暖热负荷随着气候及用热规律变化的特点，设置可变频调速的风机、水泵及成熟可靠的锅炉燃烧控制系统已被实践证明可以进一步提高节能效果。

2.2 管网输送条件的影响

热力管网热效率是输送过程反映有效供热的指标，直接体现管道保温结构的效果。理论情况下一般热力管网热效率应大于90-95%。从我国现状热网实测情况看，直埋敷设管道能达到这一要求；而架空和管沟敷设管道均达不到要求，其热损失远大于10%。如果存在地沟积水、管道泡水、保温性能遭破坏等情况，其热损失甚至大于裸管，这一问题在早期建设的热力管网中广泛存在。

热力管网补水率在忽略水热胀冷缩的影响下，可近似认为是输送过程失水的指标。在管网运行正常情况下，补水率应在2%左右，但在目前实际应用中，由于管道泄漏、用户放（偷）水等原因，补水率差别很大，有时可达10%左右。系统泄漏丢失的热水，补充的是比回水温度低得多的冷水（一般是10-15℃），这就是说，系统补水不仅是水耗问题，热耗是更大的问题。补水量越大，达到要求供暖温度所消耗的热量越大，热损失越大。

2.3 运行管理水平的影响

热网水力失调是流量分配不均程度的指标。在热网达到理想平衡状态下，按用户热负荷分配流量，每个用户室温均达到一致且满足要求，则失调度为1，若分配不当，出现冷、热不均现象，说明存在水力失调现象，失调度是大于或小于1。失调度大于1的情况下，用户室温过高，导致热量浪费；失调度小于1的情况下，用户室温达不到要求，供暖质量不合格。

针对失调问题，改进和完善热网，如在终端设置自力式流量平衡阀或其它有效措施是解决问题的比较实用的做法。但在现实工作中，仍然有大量的系统工程不同程度地采用例如“大流量小温差”的方案来缓和这一问题。其实，“大流量小温差”运行并不减少供热量的热损失，而且带来循环水泵电耗的大幅度增加和热源供热量的增大（电耗与流量、扬程成正比；在管网不变条件下，电功率随流量的三次方变化）。实践证明，科学解决水力失调，使系统在设计流量下运行，能挖出8-15%的供热量。

热源（锅炉）的容量和台数是根据设计负荷、最大负荷、最小负荷和平均负荷确定的。因为锅炉热效率是随运行负荷变化的，在低负荷下运行锅炉热效率大大降低，所以在运行时根据热负荷的大小选择投入台数，保持单台锅炉在80%以上负荷能获得高效率运行，这里有10%以上的节能潜力。

按照天气变化规律，在供暖初期、末期一般供暖负荷相对较小，根据室外温度绘制运行负荷图、温度图、流量图、24小时时间图，适当减少循环水泵运行台数或根据温度变化调节燃烧负荷，能明显降低电耗、煤耗、水耗，避免在供暖初、末期发生供大于需、浪费能量的情况。

科学运行调度、按需供热，实现设备长期在高效率区间运行，供热能耗就会降低；反之，供热能耗就会升高。目前集中供暖热网系统运行一般采用质调节，有些系统采用质、量并调。国外普遍采用量调节，其原因是：①量调节的循环水泵电耗最少。从理论上说，在管道尺寸已经确定的情况下，减少流量和降低电耗是三次方关系。如流量减少30%，电功率节省65.7%。对于大部分北方地区来说，供暖长时间在70%-80%左右的流量运行，年减少电耗30%左右是不成问题的。这是一个十分可观的节能数字。②量调节对用户用热量变化的响应比质调节快得多，质调节的温度变化从热源到用户的传递是以流速进行，管道中水流速为1至2米/秒，如果水流速低，传递时间将增加。而量调节是以声速传递，其响应几乎是同步的。因此，一级热网采用量调节是比较有效的措施，同时量调节宜采用变速调节循环水泵，传统的采用阀门节流的量调节运行方式，省电效果很小。

设置热源和热网的微机监控系统，可实行最优化的运行调节和控制，实践已说明这是目前实现运行节能的新型有效技术措施。

供暖单位管理水平的不同对能耗有着显著影响，人员技术管理、系统设备检修保养等对能耗影响是不言而喻的。例如严格水处理和保持水质，维持锅炉及换热设备的传热表面清洁，就能减少传热热阻、提高设备传热效率等；供暖管道保温结构完好、无泄漏，能够大幅减少热损失。

2.4 供暖单位体制和水平的影响

在供暖由传统的福利转变为商品、供暖单位向经营企业性质转变的期间，我国目前大多数供暖单位正处于体制转轨过渡时期。为保证供暖质量和实现效益最大化驱动，部分供暖企业在上级主管部门支持下积极地进行科学技术改造、完善系统，能源利用率逐年提高，通过节能降耗提高经济效益，以高质量的供暖商品供给用户。

3 科学地制订节能目标，提高热源利用率

1）在节能降耗的各环节中可供选择的先进评估有：① 历史上最好的水平；②国内先进水平；③全国平均水平；④国际先进水平；⑤理论上能达到的最高水平。随着节能科学技术的发展，系统和设备的不断进步和完善，可供选择先进的评估指标也会不断变化。节能的潜力是通过分析对比得出的，各单位、各系统的节能潜力是不可能完全相同的。根据自身实际情况，用科学的方法、态度选择切实可行的目标。2）根据制订的目标寻找能耗差距，制订节能措施，挖掘节能潜力。每个供暖单位要定期检测评估各耗能环节的能耗指标，通过对比寻找能耗差距，分析原因，制订出经济合理的可行性方案经论证后实施。在实施后通过实际运行再检验是否达到预测的应挖掘的节能潜力和经济效益。

4 束语

在我国集中供暖系统节能潜力巨大，在以上的分析说明中有些属本文作者的观点，只能供大家参考。总之，作为工程技术人员，应深入分析研究，及时准确的分析节能潜力，确保供暖系统安全经济运行。

参考文献

[1]刘东,潘志信,贾玉贵,常见能耗分析方法简介.河北建筑工程学院学报,2005,04.

作者简介

太阳能供暖系统分析 篇4

我国太阳能资源丰富, 然而, 太阳能辐射能量具有很大的不稳定性[1]。将太阳能与海水源热泵相结合, 可以互相取长补短, 发挥各自的优势, 起到互补作用[2]。

目前, 国内外众多学者对太阳能与热泵相结合的供暖方式进行了研究, 取得了不少成果[3,4]。本文以TRNSYS软件为平台, 构建太阳能-海水源热泵联合供暖系统。以大连地区为例进行模拟计算, 分析系统供暖时的运行情况。

1 系统联合供暖模式

太阳能-海水源热泵系统主要由太阳能集热器、蓄热水箱、海水源热泵机组及其辅助设备组成, 供暖系统原理图如图1所示。

系统根据蓄热水箱出口水温的不同, 供暖工况可分为太阳能热水直接供暖、太阳能与热泵并联供暖、太阳能热泵供暖和水源热泵独立供暖4种。

1) 当蓄热水箱的出口温度T≥50℃时, 太阳能集热系统独立供暖。

2) 当30℃≤T<50℃时, 太阳能不能直接供暖, 此时水箱出口的流体与热泵机组的冷凝器并联, 进行联合供暖。

3) 当10℃≤T<30℃时, 太阳能热水进入热泵机组蒸发器, 提供高于海水温度的低温热源。开启太阳能热泵供暖模式。

4) 当T<5℃时, 太阳能系统停止运行, 单独利用热泵机组供暖。

2 数学模型

2.1 太阳能集热器

文中采用热管真空管集热器。根据能量守恒定律, 集热器得到的有用能量为:

集热器的热性能用集热效率来表征, 瞬时效率表达为:

式中:Ac—吸热板的面积, m2;

Ic—太阳辐射强度, W/m2;

a0、a1—集热器瞬时效率曲线系数;

ΔT—集热工质进口温度与环境温度之差, ℃。

2.2 蓄热水箱

将水箱沿竖直方向分为N层, 假定每层为1个节点, 节点内工质完全混合且温度相同, 由上而下温度逐层降低, 设定节点数目N=5。蓄热水箱的温度分布为时间和空间的函数[5]:

式中:S—分层数, S=1, 2, …, N, 其中N为节点数。

2.3 热泵机组

热泵是一种将热量从低位热源传向高位热源的装置。热泵机组的制热性能系数COP为:

热泵机组从热源侧吸收的热量为:

式中:Qhp—热泵机组制热量, W;

Whp—热泵机组消耗功率, W;

cf—循环工质的比热容, J/ (kg·℃) ;

qm—循环工质的质量流量, kg/s;

Tei、Teo—分别为热泵蒸发器侧入口和出口温度, ℃。

3 系统建模及模拟分析

3.1 系统建模

本文采用TRNSYS软件构建复合系统进行模拟分析[6,7]。系统模拟图如图2所示。涉及到的主要模型有太阳能集热器、蓄热水箱、热泵机组、循环泵、换热器、温度控制器和天气数据输出模块等。

太阳能集热循环采用温差控制策略, 将集热器和蓄热水箱的出口流体温差作为控制信号, 当温差为5℃时, 启动集热水泵, 温差小于2℃时关闭集热水泵。使用计算器部件控制组件启停的状态并对输出数据进行后处理, PID控制器用于比较偏差并输出控制信号, 当水箱出口水温处于30~50℃时, 通过对分水器开度控制实现太阳能系统与热泵系统的并联控制。

3.2 计算参数的确定

供暖系统各部件参数如表1所示。选取大连某建筑物, 供暖期为每年11月15日至次年3月13日, 供暖时间为119d, 日平均供热负荷为500k W。

3.3 模拟结果分析

对1月9日~1月14日连续6d进行模拟研究。6d内大连地区太阳辐射强度和室外逐时温度如图3、图4所示。

模拟时间为1月9日0:00~1月14日24:00, 运行6d, 可得到以下结果:

1) 蓄热水箱出口温度变化如图5所示。运行第1天, 由于夜间温度低, 蓄热水箱内无能量输入, 热泵机组进行供暖。早晨8:00以后, 随着太阳辐射的增强, 蓄热水箱开始升温。下午14:00以后, 蓄热水箱温度逐渐稳定在20℃, 水箱中的水进入热泵蒸发器。运行第2天, 天气晴好, 8:00以后水箱温度迅速攀升, 14:00时达到64℃, 此时热泵机组停止运行, 由水箱中的热水进行直接供暖, 水箱内水温保持在64℃。16:00之后, 水箱内温度逐渐减低, 作为水源热泵供暖的低温热源进行供暖。运行第3天到第6天, 每日凌晨0:00到太阳能输出有用能之前, 水源热泵以水箱中的水作为低温热源供暖, 水箱中水温始终在15℃以上, 因此无需使用海水作为热源。

2) 热泵机组制热量与COP随蒸发器进口温度变化的曲线如图6、图7所示。

随着蒸发器入口温度的提高, 热泵机组的制热量和COP值呈上升趋势。这是因为升高蒸发器入口水温, 会导致蒸发压力的增加, 制热量增大, 热泵COP值增大。当蓄热水箱中的水温为10~30℃时, 水箱中的热水代替海水作为低温热源进入热泵机组的蒸发器中, 与热泵串联进行供暖。这样不仅可以更充分地利用太阳能, 提高其利用率, 也可以提高蒸发器入口水温, 从而使热泵的制热量和COP值增加。

3.4 节能效益分析

供暖期间, 太阳能—水源热泵系统运行汇总如表2所示。

太阳能-水源热泵系统在整个采暖季的系统COP值为2.96, 总热负荷为1428000k W, 系统总耗电量为483218k Wh。按照《可再生能源建筑应用示范项目测评导则》规定, 对电能与一次能源的转换率取0.31, 系统实际消耗的一次能源 (原煤) 为1558769k Wh。

选取燃煤锅炉房作为比较对象, 锅炉效率取68%, 假定锅炉房供暖系统循环水泵、风机等用电设备的耗电量与太阳能-水源热泵系统用户侧水泵耗电量相同, 则锅炉供热消耗的一次能源 (原煤) 为2100000k Wh。

因此, 比较太阳能-水源热泵系统与锅炉供热的能源消耗情况可知, 在整个供暖季太阳能-水源热泵系统节约一次能源为541231k Wh, 系统节能率为25.8%。

4 结论

本文使用TRNSYS软件对太阳能-水源热泵联合供暖系统进行模拟分析。从模拟结果可得到以下结论:

1) 当蓄热水箱与热泵机组串联运行时, 蒸发器入口水温升高, 使蒸发温度提高, 热泵机组的制热量和COP值随之提高。

2) 系统供热总负荷为1428000k Wh。其中太阳能提供热量为182016k Wh, 一部分用于直接供暖, 一部分作为水源热泵的低温热源间接供暖, 太阳能保证率为13%。热泵机组平均制热性能系数COP为4.41, 系统平均COP值为2.96。

3) 太阳能-水源热泵系统相对于常规供暖系统, 节约一次能源541231k Wh, 系统节能率为25.8%。与单一海水源热泵系统相比, 减少了海水温度对热泵机组运行的影响, 提高了热泵机组性能。

摘要：将太阳能与水源热泵结合, 构建了太阳能-海水源热泵联合供暖系统, 确定其联合供暖模式。以大连地区为例, 采用TRNSYS软件对系统进行模拟计算, 以此分析太阳能-海水源热泵复合系统的运行情况, 并对其节能效益进行评价。结果表明:冬季采用太阳能-海水源热泵系统, 可提高热泵机组的制热性能系数, 系统节能率为25.8%。

关键词：海水源热泵,太阳能,TRNSYS,联合供暖

参考文献

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[6]管巧丽.太阳能-蓄热与地源热泵供热水系统的TRNSYS模拟与研究[D].天津:天津大学, 2009.

太阳能供暖系统分析 篇5

关键词：太阳能；热泵系统；节能分析；热水箱设计

中图分类号： TU832 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2016）07（b）-0000-00

在经济社会发展的同时，节能成为世界工业发展的首要任务。太阳能热泵热水系统结合了太阳能利用技术和热泵技术两者的优点，是一种新型节能环保的热水系统。在“十二五”规划上，节能减排成为我国的新兴产业，同时还提出很多节能措施，这些措施能够减少能源消耗，在一定程度上缓解自然污染、环境破坏的速度。尤其是太阳能和热泵系统，它们的应用使生活热水节能量达到45%以上，本文将根据相关资源分布情况，来详细分析太阳能与热泵系统的节能。

一、太阳能与热泵系统节能分析

太阳能与热泵系统，是热水箱的重要组成部分，对太阳能与热泵系统进行能量控制，将有利于完善和改进热水系统，使热水箱能够最大限度发挥供热功能。太阳能与热泵系统节能作为“节能减排”的主要目标，我国早在2001年就提出太阳能、热泵系统在建筑一体化中的节能措施。我国对太阳能资源分布和太阳能评估做了详细的调查和分析，并得出相关结果和结论[1]。

（一）太阳能资源分布情况分析

1、太阳能资源丰富区。资源丰富区是指太阳辐照量在6700MJ/m2.a以上的地区，是太阳能资源等级最高的地区。例如新疆南部、西藏北部、甘肃、青海等海拔高的地区。海拔高缩短了太阳与地面的照射距离，使这些地区能够接受更多的日照，提高了太阳辐照量。

2、太阳能资源较富区。是指太阳辐照量在5400-6700MJ/m2.a之间的地区，这些地区大多是靠北的山丘地区，最具有代表性的地区有内蒙古呼伦贝尔、北京、天津、山西等有一定海拔的地区。这些地区是太阳能应用得最多的地区，因为这些地区除了自然环境优势外，还有经济发达的优势。

3、太阳能资源一般区。是指太阳辐照量在4200-5400MJ/m2.a之间的地区，这些地区海拔一般较低，并且处于平原地区，例如黑龙江、山东、安徽、湖南、福建等。这些地区太阳照射的距离较长，太阳辐照量相对较低。

4、太阳能资源贫乏区。是指太阳辐照量低于4200MJ/m2.a以下的地区，这些地区大多分布在盆地或盆地附近的地区，因为大多盆地的海拔都低于地平面，增加了这些地区与太阳的距离，使太阳辐照量降低。例如四川、贵州西部、云南南部、广西等地。

（二）一般热泵系统制热系数分析

热泵系统制热系数是指热泵COP值与环境温度值的正比例关系。例如，某热泵厂家提供的压输机制热系数中，热泵COP值与环境温度值的关系分析中发现，当环境温度低于10℃时，COP值才刚好达到2.0；环境温度达到20℃时，COP值达到3.0；环境温度达到30℃时，COP值达到4.0；环境温度超过30℃时，COP值超过4.0。从这些数据不难看出，环境温度值与COP值是呈正比例关系，并且是以1：10%的比例增加[2]。

COP值是衡量热泵系统供热的指标，也是衡量热泵系统的节能指标，该指标随着环境温度的提高而提高的特点，与太阳能随着太阳辐照量增加而增加的特点具有一致性。两者都需要太阳提供一个温度较高的环境，才能更好的进行供热工作，因此有效的节能方法，是以太阳能为供热主体，以热泵系统供热为辅助。

（三）太阳能与热泵系统节能评估

太阳能与热泵系统节能评估，要求明确掌握太阳辐照量、集热器面积、集热器效率、环境温度、COP值等指标[3]。该评价是太阳能与热泵系统节能的目标和标准，下面将简单分析太阳能与热泵系统节能的评估，并做出相关的数据分析。

这里以云南东部某地区为例，该地区集热器的热效率平均为60%，按照春夏秋冬季节的相关温度数据，推算出集热器面积，集热器热效率与面积，决定太阳能可承受的热能消耗为热水箱供热量的60%，热泵系统为40%。该地区年平均气温为20℃，可以判断当地实际太阳照射时间和面积，并得出太阳能与热泵供热系统全年大约节能86.8%，实际节能72.5%。

二、热水箱设计

（一）热水箱设计存在的问题

传统热水箱的设计，要求太阳能与热泵系统同时使用一个热水箱，这在很大程度上影响了太阳能与热泵系统的供热效率。因为在供热过程中，太阳能供热不足时，才会使用热泵系统供热，使供热过程复杂，延缓了供热速度。为了提高供热速度，很多用户不得不花精力去增加太阳能与热泵系统的供应量，导致热水箱设计时出现很多问题，集中体现在工程造价和热量控制两方面。

一方面，为了提高太阳能与热泵系统供热量，设计师会花资金去设计一个更大的热水器供用户使用，供热量提高了，但造价一般用户难以接受，这样会导致用户量下降。另一方面，热量的控制主要受季节影响。夏季太阳能提供的热量就能满足用户的需求，无需热泵系统提供热量，属于节能效果最佳的季节；秋季，大部分的热量是太阳能提供的，少数热量是由热泵系统提供。

（二）热水箱设计的措施

第一，增设热水箱，热水箱可以分成两个，分别供太阳能和热泵系统使用，其水箱的容量可达10t，这样做的目的是为了减少扩大水箱体积带来的额外花费，在一定程度上控制了热水箱的工程造价，以便用户能够接受。同时，也降低了太阳能与热泵系统的供热成本，提高了供热效率，满足用户的热量使用需求。第二，用真空管将两个水箱连接起来，两水箱的连接是为了解决因季节变化而不能及时供热的问题，两个水箱分别吸收太阳、热泵系统提供的热能，一般先使用太阳能提供的热量，储存热泵系统提供的热量，解决冬季热量供应不及时的问题。

该设计与传统水箱的设计相比，具有很多的优势，在这里笔者简单总结如下：第一，能够使太阳能得到充分利用，最大限度节约了热能；第二，该系统集太阳能热水箱、热泵系统热水箱于一体，两者是相互联系的，可以进行统一控制，不需要另行设计；第三，为热泵系统提供了足够的加热时间和空间。

结语

开发新能源和节能是寻求能源出路的两大重要途径 ，太阳能热泵供热系统以其显著的节能性和环保性具有广阔的发展前景。热泵技术是一种很好的节能型空调制冷供热技术，太阳能与热泵系统是热水箱最重要的供热源，它的节能直接影响“节能减排”目标的实现。因此，要加强太阳能与热泵系统的节能力度。本文通过分析太阳辐照量、集热器热效率、集热器面积、环境温度和COP值等指标，可以计算出相对条件下太阳能与热泵系统的节能量，为热水箱的改进设计提供依据。

参考文献

[1]郑荣进，庄麟，池清，等.温室太阳能与地源热泵联合供暖系统热力学分析[J].农业机械学报，2013，04：233-238+232.

[2]肖菊，丁文萍，杨敏芝.工程型太阳能热泵热水系统节能效益分析[J].河南科学，2013，06：829-832.

[3]熊慧灵，刘何清，李永存.太阳能-溶液-热泵干燥系统节能分析[J].建筑节能，2015，05：56-60.

作者简介

关于按户计量供暖系统的探讨 篇6

摘要：按户热量计量是建筑节能的一项有效措施，计量方法和所需仪表类型不同，对供暖系统形式的要求也不同。本文认为在系统布置时，不应拘于传统的布置方法。而应既满足按户计量又具有调控室内温度的功能，以达到节能的目的。

关键词：按户计量 供暖系统 计量方法 建筑节能

0 引言

住宅集中供暖实行计量收费是建筑节能的一项基本措施，据国外调查资料表明：实行集中供热按户计量后，其节能率在10％～20％。我国政府已重视该项工作，并投资进行研究。《建筑节能“九五”计划和2010年规划》明文规定：“对集中采暖的民用建筑安设热表及有关调节设备，并按户计量收费的工作，1998年通过试点取得成效，开始推广，2000年在重点城市成片推行，2010年基本完成。”目前我国已有多个单位在不同地区进行了试验研究并取得了良好的成效和经验。但就该项技术的实施仍感到供暖系统的形式是其难点，本文仅对这一问题进行探讨。

1 国外常用的热量计量方法与仪表

目前欧美进行按户计量热量使用的方法基本是以下三种：

1.1 直接测定用户从供暖系统中用热量。该方法需对入户系统的流量及供、回水温度进行测量。采用的仪表为热量计量仪表，其仪表由流量、温度传感器和积算器组成。仪表安装在系统的供水管上，并将温度传感器分别装在供、回水管路上。该方法的特点是：原理上准确，但价格较贵，安装复杂，并且在小温差时，计量误差较大。目前应用较少。

1.2 测定用户散热设备的散热量来确定用户的用热量。该方法是利用散热器平均温度与室内温度差值的函数关系来确定散热器的散热量。该方法采用的仪表为热量分配表，常用的有蒸发式和电子式两种。①蒸发式热量分配表有导热板和蒸发液两部分，导热板夹或焊在散热器上。盛有蒸发器的玻璃管则放在密封容器内，比例尺刻在容器表面的防雾透明胶片上。由管内液体蒸发量来确定伞入室内的热量。该方法的特点是：价格较低，安装方便，但计量准确性较差。目前欧洲广泛采用。②电子式热量分配表，由温度传感器测出散热器表面温度和室内温度，并设有存储功能和液晶显示。对散热器温度的测量有直接测散热器表面温度或将温度元件装在散热器供回水管路的区分。该方式的特点是：计量较准确、方便、价格比热量计量表低，并且可在户外读值，目前在欧美受欢迎，正悄然取代蒸发式热量分配表而成为集中供暖按户计量的主导仪表。

1.3 测定用户的热负荷来确定用户的用热量。该方法是测定室内、外温度，并对供暖季内的室内、外温差累积求和，然后乘以房间常数（如体积热指标）来确定收费。该方法采用的仪表为测温仪表。该方法的特点是：安装容易，价格较低。但由于遵循相同舒适度缴纳热费的原则，用户的热费只与设定的或测得的室温有关，而与实际用热量无关。因此开窗等浪费能源的现象无法约束，不利于节能。

2 计量方法对系统形式的要求

由上述的计量方法可以看出：无论采用哪种计量方法，均要求供暖系统的形式能满足计量条件。而不同的计量方式对供暖系统形式要求不同。仅就计量而言，任何一种供暖系统形式均可满足上述计量方法2和计量方法3的要求。只要将将散热器表面平均温度和室内温度测出就可确定热量，达到计量方法2的要求；测出室内温度和室外温度就可达到计量方法3的要求。但是在进行计量的同时应使系统能满足室温的调节性能，从而达到节能的目的。因此对供暖系统的要求是：既能满足计量要求，又应具有调控室内温度的功能。

2.1 适合热量计量表的供暖系统形式 由上述可知热量计量表是测量供暖系统入户的流量和供、回水温度，因此要求供暖系统设计时每一户要单独布置成一个环路。只要满足这一要求，对于户内的系统采用何种型式则可由设计人员根据实际情况确定。对于多层和高层住宅建筑来说，若想每一户自成一个个路，系统首先应具有与各户环路连接的供回水立管，然后户内可根据情况设计成：单管水平串联、双管水平并联式，上供下回式、上供上回等系统形式。

2.2 适合热量分配表的供水暖系统形式 由热量分配表测试原理可知，无论任何供暖系统形式，其热量分配表测试原理可知，无论任何供暖系统形式，其热量分配表仅是对散热器平均温度和室内温度的测量。因此热量分配表可在各种供暖系统形式中进行按户计量。但是，为节能和调控室内温度，系统中需设置控阀，而有的系统不适合安装散热器温控阀；所以不加跨越管的单管顺流式系统不适合按户计量。

3 按户计量对建筑的要求

按户计量在我国是一项新的技术，而设计符合按户热表计量的供暖系统形式是这项技术的难点。通过试点工程的研究，暖通设计人员感到：必须在建筑设计上就考虑按户安装热表的供热系统的布置。

3.1 对建筑平面设计的要求 对于采用热量计量表进行按户计量时，平面应考虑布置供、回水立管的布置，为便于安装维修和热表读值，应设置单独的管道井，管道井可布置在楼梯间或户内的厨房等处，此时应考虑加大楼梯间或厨房的尺寸。由于户内各房间平面布置时应考虑使管道减少长度和散热器布置方便，如：系统管道减少过门、散热设备相对靠近等。

3.2 管道的布置 按户安装热表时，水平系统的管道过门处理比较困难，若能对过门管道在施工中预先埋设在地面内，将使系统的管道得到较好的布置。实施按户热表计量，室内管道啬增加，这既影响美观也占用了有效使用面积，且不好布置家具，若能对部供暖系统管道进行暗设，将解决这一问题。因此，建筑设计时，可能时应考虑管道暗设。

3.3 层高的要求 对按户设热量计量表单独天路，由于室内顶设供、回水于管。因此以往的标准层高不利于管路的布置，需增加层高。至于层高的尺寸，可视室内供暖系统的具体形式确定。

4 我国的按户计量方式和供暖系统的形式

近几年我国对集中供暖按户计量进行一些研究，取得了一些经验。在北京、天津、哈尔滨、烟台、长春等地相继建立集中供热按户计量的住宅。这些试点的计量方式大部分用热量分配表，也有的设计采用热量计量表使各户自成系统。

4.1 按户计量的仪表 国内试验研究中大多采用国外的蒸发式热量分配表。该仪表价格较低，安装方便，适合于各种供暖系统的按户计量。因此，有人认为国内实施按户计量应采用该计量方式并开发国内产品。为实施按户计量，国内已研制热量计量表，并开始生产，但因价格等原因，目前使用较少。为减少按户计量的仪表投资，国内有的人员开始研究流量式按户计量方式，即采用热水表进行计量，并认为每户供回水温度相等，利用每户的水流量来分配总的用热量，并探讨了使用热水表实现住户供暖用热计量的四种具体计算方法。目前国外的厂商也纷纷关注我国的市场，并带来了各型号的仪表。

4.2 供水暖系统的形式 按户计量已逐渐被人们重视和接受，在《民用建筑节能设计标准（采暖居住建筑部分）》（JGJ26-95）中明确规定：在进行室内采暖系统设计时，设计人员应考虑按户计量和分时控制温度的可能。

4.2.1 既有住宅建筑供暖系统的改造 从目前一些试点研究结果看，对既有住宅建筑实施按户计量的供暖系统改造，应基于原有的系统尽量减少改造的工作两。由于我国既有住宅建筑大多数都是采用单管顺流式。因此，主张在立管上加跨越管，然后装设调温设备和在散热器上装热量分配表。若原供暖系统是水平串联型式，在改造成时，也应考虑到系统应满足每组散热器流量的可调节器性。对于装调节装置就可调节流量的其他系统形式，如双管系统等，可直接在系统上加温控阀和在散热器上装热量分配表。

4.2.2 新建居住建筑供暖系统的设计 对于新建的居住建筑若采用热量分配表进行按户计量，只要是能满足各组散热器有可调的系统形式均可以，无论是单管跨越管系统还是双管系统。但是从调节、运行效果、维修方面考虑，双管供暖系统是较理想的一种系统形式。

太阳能供暖系统分析 篇7

当今世界, 节能与环保问题日益提上日程。伴随着能源紧缺的影响, “电荒”的影响, 对环境质量要求进一步提高, 就对诸如热水器、暖气、空调等这些高能耗的生活日常用品提出了更高的节能要求。对广大居民来说使用清洁、节能的热水器、暖气、空调, 也可以节省大量的生活开支, 提高人民的生活水平[1]。

因此, 本着节约能源和开发利用清洁、可再生能源的原则, 开发新型节能环保的制冷、制热、热水、除湿四位一体装置是利国利民的大事, 已经迫在眉捷。

1 系统介绍

基于热泵和太阳能的住宅供暖供冷供生活热水三联供系统的技术特点在于: (1) 通过直流变频、智能控制等技术, 实现从-25℃到43℃环境条件下正常工作; (2) 通过双系统设置, 实现低温冷水除湿和高温冷水供冷的两级冷源, 夏季制冷高效节能; (3) 通过超低噪声、高可靠性的压缩机技术和超低噪声、高效率风扇换热技术, 明显降低了室外主机噪声; (4) 本技术应用在家庭住宅, 实现制冷、采暖、生活热水、除湿多联供, 节支节能; (5) 采用能源优先等级智能自动控制的集中供暖控制, 次序为:太阳能→热泵→其他辅助能源, 舒适节能; (6) 热泵室外机组内部结构制造工艺改进和技术创新突破, 室内机组的创新工业设计; (7) 针对住宅建筑特点及使用特点, 在空气源热泵和地板采暖、风机盘管中央空调制冷、内置盘管换热器储热水箱的系统集成应用中, 分析了从热源、管路系统、室内散热制冷末端、自动控制系统等设计、安装、维护过程中存在的问题, 在水力系统的适应性、管路布置、冷凝水处理、适合家庭的超薄风机盘管、防风雪蚊虫的热泵整机结构等方面提出了创造性的解决方案, 使得这一成果能顺利走向实际应用, 具有大范围推广的可行性[2]。

2 系统设计

基于热泵和太阳能的住宅供暖供冷供生活热水三联供系统的系统结构如图1所示, 其系统组成有:太阳能集热系统、变频空气源热泵能源系统、恒温热水供应系统、低温热水地板辐射采暖系统、超静音送风系统、除湿系统、OPRD集成控制系统。

2.1 太阳能集热系统

太阳能集热系统是由太阳能集热器、集热器支架、循环管路、循环泵、阀门、过滤器、储热水箱等组成。集热器由太阳能采暖专用真空管和特制的采暖联箱组成, 集热器能超低温差传导、承压运行、抗风、防冻、防垢、防晒、防漏等, 真空管经过特殊加工处理, 万一玻璃管损坏, 集热器也不会漏水, 依然可以照常运行。集热器和支架结构设计合理, 外观和功能完美结合, 不会破坏建筑物美观, 并可起到屋顶、外墙隔热层作用。

集热器采集的热能以水为载体, 通过循环管道储存在水箱中。水箱有两个, 一个是多功能水箱, 主要用于存储生活热水, 另一个是缓冲水箱, 主要用于夏天制冷、冬天采暖及吸收多余热量。水箱与集热器的安装采用集热器在高位, 水箱在低位的方式, 强制循环, 并且采用停机排空的运行方式, 确保太阳能采集器和系统防冻, 大大提高了系统安全性和采集热能效率[3]。

本系统优先使用太阳能集热系统来满足系统需要的热量, 当太阳能集热系统的热能不够时, 由空气源热泵能源系统辅助提供热能。

2.2 变频空气源热泵能源系统

本系统可作为辅助能源或主能源系统使用, 选用自主研制的直流变频压缩机空气源热泵机组AVH-24作用能源系统。主要技术指标:制热量9.8 k W、COP4.5, 制冷量8.0 k W、EER11.0, 工作环境-25℃~43℃, 电源电压等级220 V, 可根据设定的功能要求自动进行制冷或制热切换。本空气源冷热泵机组由于采用自主研发的直流变频压缩机已成功实现室外温度-25℃时也能正常工作, 其额定制热量衰减比普通热泵机组减少33%左右。机组在室外温度0℃时运行的能效比可达到3.0。

本直流变频压缩机热泵机组在冬天也可独立制热, 通过水换热装置, 热量以水为载体, 通过循环管路储存于多功能水箱和缓冲水箱中, 供生活热水和采暖。

本直流变频压缩机热泵机组采用双冷凝器技术, 在夏天一个冷凝器进行制冷, 提供冷气, 同时另一个冷凝器进行制热, 提供生活热水。

本热泵系统采用直流变频技术、专有超静音技术、双冷凝器技术, 机组在极严寒的环境中 (-25℃) 制热平稳、可靠, 和地板采暖等低水温供暖末端配合, 在冬季采暖高效节能, 在夏季供冷的同时供热。

2.3 低温热水地板辐射采暖系统

本系统采暖方式采用低温热水地板辐射采暖, 每组分别采用温控器控制, 采用地暖与热水结合的水温自动控制模式。在冬季采暖时, 以太阳能集热系统、变频空气源热泵能源系统生产的热水为热媒, 在地板下的盘管中流动来加热地板, 通过加热的地板辐射向室内供暖。由于加热盘管在地板下面, 地板辐射的热量从低处向高处传递, 为人们活动区域有效提供热能, 热能损失少。低温热水地板辐射采暖不占用室内空间且室内温度均匀不干燥, 而普通暖气片供暖冷热不均匀还占用室内空间。低温热水地板辐射采暖所需供水温度在45℃, 与人体的体温相近, 舒适性强, 而普通暖气片供水温度85℃~95℃, 人体舒适性较差, 同时从采暖水箱到采暖末端都是低温热水传输, 传输热能损失大大减少[4]。

本系统中采用冷暖分集水器及定位分水器, 将制冷供回水管、制热供回水管统一为冷热供回水管, 这样, 在第一层管路中布置冷凝水排水管、自来水管、生活热水管和电线管, 第二层管路布置中布置地暖管及冷热供回水管。

2.4 恒温热水供应系统

本系统生产的热水一方面在冬天提供采暖, 另一方面通过热水供应系统一年四季为用户提供生活日常用热水。本系统采用自动恒压供水控制装置保证用水终端水的压力, 不会出现供水不足或断水现象;采用自动恒温供水控制装置保证时刻提供有舒适温度的热水。

本系统使用太阳能加热自来水, 或者使用内置高效率盘管换热器的承压水箱来取生活热水, 热泵加热水箱中的水, 自来水经过高效率盘管换热器从水箱储水中吸热成为可用的生活热水, 为提高热泵制取的效率, 水箱可向厨房、洗衣房等提供低温生活热水, 向淋浴提供中高温生活热水, 因水箱中的水是闭式循环的水, 可以进行有效的水处理, 因此水箱的寿命可得到有效的保证[5]。

2.5 超静音送风系统

本系统利用了风冷热泵机组的特点, 在冬季为低温热水地板辐射采暖系统提供热能补充, 在夏天提供制冷需求, 一机多用, 充分利用能源, 降低投资成本和生活成本。在夏季需要制冷时, 系统进行自动转换, 将多功能水箱和缓冲水箱分开独立使用, 太阳能集热器或一台热泵机组生产热水并储存在多功能水箱为用户提供热水。由一台热泵机组生产低温水并储存于缓冲水箱, 低温水通过风机盘管吸收室内热量, 为室内降温, 达到制冷目的。由于采用冷水制冷系统, 室内水分及人体水分不易流失, 比直接使用制冷剂的空调系统舒适性高。在冬天需要制热时, 系统进行自动转换, 将多功能水箱和缓冲水箱合并使用, 太阳能集热器或热泵机组生产热水并储存在多功能水箱和缓冲水箱内为用户提供热水, 同时热水通过风机盘管向室内传递热量, 为室内升温, 达到采暖目的。

同时使用了适用于住宅使用的超静音风机盘管、管路系统中的关键工艺, 提高了生活的舒适性。

2.6 除湿系统

南方地区在春季经常是阴雨连绵, 此时气温刚好回暖, 室外回暖的热空气进入温度较低室内, 室内湿度增大, 超过90%, 必须进行除湿, 但同时温度又不低, 才能保证生活的舒适、家居的安全。

本系统采用热泵系统冷凝热回收技术让室内空气在除湿的同时回升温度, 即在室内风盘送凉风将室内空气中水蒸气凝结排走的同时, 将冷凝热回收用于地面辐射供暖, 使室内温度回升, 做到除湿而不降温, 室内干燥而不冷, 既节能又达到除湿的目的, 改变了用空调除湿, 但温度下降的缺点, 是真正的除湿。

2.7 OPRD集成控制系统

通过专利技术-主机OPRD集成控制整个系统的运行, 进行制冷与制热的切换, 冷热切换平稳、可靠;实现多种运行模式选择:制热、制冷、热水、制热+热水、制冷+热水, 完全满足用户多方面的需要;通过单片机自动控制供暖控制:太阳能→热泵→其他辅助能源, 实现能源节省。

本系统采用自动控制技术, 自动识别光线强度, 优先采用太阳能集热系统供热, 同时监测水箱水温, 能及时投入空气源热泵能源系统, 保证供水温度, 同时自动控制水位, 供水系统自动循环保温, 实现恒温恒压供水;采暖、制冷、除湿实施各区域独立模糊控制, 降低能耗、节约能源;为了确保用户人身安全和产品安全, 还设置了多种电气保护措施和机械保护措施, 如过载保护、短路保护、防漏电墙、缺水保护、超温保护、过压保护、低压保护、水压保护、频繁启动保护等。控制系统显示屏实时状态显示, 显示功能状态、参数设置以及设备运行情况, 并能自动检测系统故障并显示故障, 方便用户报修和维修人员检修。设计有峰/谷电价智能应用功能, 在谷电时间段内使用辅助能源蓄能, 减少电费。

本系统采用的全智能化控制, 充分利用了可再生能源, 同时智能分配能源, 最大限度地节约了能源的使用, 并且保证了整个系统的可靠性、安全性和稳定性[6]。

3 结论

本技术的空气能热泵与太阳能系统联合运用是一项符合社会可持续发展的, 节能环保的技术措施;同时是空气能热泵行业和太阳能行业的重大突破。吸取空气、太阳、水等低品位热源的热量来制取生活热水和采暖, 是基于逆卡诺循环的热科学的良好应用;但是, 由于热泵循环固有的特性, 对于利用空气能为热源的机组, 冬季制热的可靠性受到了挑战。本技术采用环保冷媒直流变频压缩机热力循环、模糊控制等一系列技术手段, 使得空气能热泵的制热量和制热能效比显著提高, 解决了空气源热泵低环境温度下制热的可靠性、能效比等难题;利用太阳能或其他的热源作为辅助热源, 可以降低能耗和运行成本, 提高制热能效COP值, 推动了我国能源利用的科技进步。

空气能、太阳能等作为可再生能源, 在建筑领域的能源利用中发挥着越来越重要的作用, 基于直流变频热泵及多能源利用的节能舒适型住宅供暖冷和热水的装置及系统集成技术的利用是解决我国能源和环境问题的重要措施之一, 极大地推动了社会经济发展和科技进步[7]。

参考文献

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[3]肖昭文.太阳能:采暖-制冷-热水三联供[J].城市住宅, 2010 (02) :108-110.

[4]许可, 王树刚, 蒋爽, 等.空气源热泵用于低温热水地板辐射供暖系统的模拟研究[J].制冷技术, 2014 (01) :12-17.

[5]张月红, 徐国英, 张小松.太阳能与空气复合源热泵热水系统多模式运行实验特性[J].化工学报, 2010 (02) :484-490.

[6]郭超, 王芳, 罗谟娇, 等.太阳能、空气源热泵热水系统性能优化实验研究[J].制冷学报, 2013 (05) :41-46.