空气能-太阳能热水系统应用实例

空气能-太阳能热水系统应用实例 摘要：太阳能是绿色能源中最重要的能源。我国太阳能资源十分丰富，年日照时间为2500小时的地区占国土面积的2/3以上，有的地区高达3000小时，开发利用太阳能潜力巨大。空气能热泵作为节能设备具有独特优势，它可以节省高品位电能，降低化石类能源的消耗，减少环境污染。空气源热泵是以空气为热源，通过输入少量的高品位能源(电能)来实现低品位热能向高品位热能转移的热泵系统，但它在寒冷环境条件下不能高效、稳定、可靠地运行。而太阳能因直接受太阳辐射的影响只能间歇运行或者配备辅助热源，二者各有优缺点。基于此，空气源热泵和太阳能热两种能源结合的综合系统在应用于建筑物供暖空调(及生活热水)时既可以直接将热泵系统作为太阳能热利用的辅助，也可以将太阳能产生的热能作为热泵循环的低温热源，从而最低限度地消耗常规能源，最大限度地利用绿色生态可再生能源(太阳能、空气低焓能)解决建筑物供暖、制冷消耗，实现建筑物的节能环保，同时满足室内较高的舒适性的要求。

关键词：大运会、空气能、太阳能、热泵、宿舍楼

在建筑能耗日益严峻的今天，建筑发展的速度和数量却加快了脚步，建筑能耗在社会总能耗中的比例在我国已达到30%。全国每年建筑能耗约1.3亿吨～

1.8亿吨标准煤，其中50%～60%用于建筑空调和采暖。同时，我国面临环境污染与能源枯竭的危机，开发新能源和采用节能技术是寻求解决建筑能耗的两大途径。

太阳能是绿色能源中最重要的能源。我国太阳能资源十分丰富，年日照时间为2500小时的地区占国土面积的2/3以上，有的地区高达3000小时，开发利用太阳能潜力巨大。空气能热泵作为节能设备具有独特优势，它可以节省高品位电能，降低化石类能源的消耗，减少环境污染。空气源热泵是以空气为热源，通过输入少量的高品位能源(电能)来实现低品位热能向高品位热能转移的热泵系统，但它在寒冷环境条件下不能高效、稳定、可靠地运行。而太阳能因直接受太阳辐射的影响只能间歇运行或者配备辅助热源，二者各有优缺点。

基于此，空气源热泵和太阳能热两种能源结合的综合系统在应用于建筑物供暖空调(及生活热水)时既可以直接将热泵系统作为太阳能热利用的辅助，也可以将太阳能产生的热能作为热泵循环的低温热源，从而最低限度地消耗常规能源，最大限度地利用绿色生态可再生能源(太阳能、空气低焓能)解决建筑物供暖、制冷消耗，实现建筑物的节能环保，同时满足室内较高的舒适性的要求。

一、项目概况

空气能-太阳能热水系统应用实例

第26届世界大学生运动会于2011年8月在中国深圳举行，大运会大运村座落于深圳市龙岗区，设计接待来自180多个国家和地区的代表团近13000名运动员及随队官员，为他们提供住宿、餐饮、娱乐、交通等服务。

大运会运动员村共7栋运动员宿舍楼，可容纳11000人，设计产热水量近2000吨/天，经过专家组的仔细研究，选择了空气能热泵热水机作为集中热水系统设备。此工程使用了美的“热泉系列”高温直热循环式空气能热泵热水机189台，是国内少有的超大型中央热水项目。大运村中央热水系统设计采用太阳能热水器配合空气能热泵热水机制取热水方案，在满足全天24小时不间断制取热水的使用需求的同时充分利用太阳能热水器白天的制热能力。美的高温直热循环式空气能热水机，全部采用环保冷媒，现实真正的节能环保。

二、方案设计

2.1生活热水要求

2.1.1 出水温度为45—55℃

2.1.2 全天用水量为2000吨生活热水

2.1.3 天面接驳热水管路供应入户

2.1.4 机组使用时所产生的噪音小于62分贝

2.1.5 全天候产热水，不受台风或者阴雨天气影响

2.1.6 利用晚上电力低谷期制取热水

2.2热水系统设计及机组选型

大运会运动员村共7栋运动员宿舍楼，每栋楼根据其功能、居住人员数量及对热水的需求量，整个动员村的热水系统细分为19个子系统，并进行热泵热水机选型，其中：

2.2.1 A栋：设计2个产水量为81吨/天的热水系统，共采用18台机组;

2.2.2 B栋：设计1个产水量为99吨/天和2个产水量为90吨/天的的热水系统，共采用31台机组;

空气能-太阳能热水系统应用实例

2.2.3 C栋：设计2个产水量为99吨/天和2个产水量为108吨/天的热水系统，共采用46台机组;

2.2.4 D栋：设计2个产水量为99吨/天和2个产水量为108吨/天的热水系统，共采用46台机组;

2.2.5 E栋：设计1个产水量为108吨/天和2个产水量为99吨/天的的热水系统，共采用34台机组;

2.2.6 教工楼：设计2个产水量为36吨/天的热水系统，共采用8台机组;

2.2.7 综合楼：设计1个产水量为54吨/天的热水系统，共采用6台机组; 上述所有建筑选用热泵热水机型号均为：RSJ-380/S-820B，整个项目共配套189台机组。

单台机组详细参数如下：

三、运行及控制策略

新型空气源热泵辅助供热太阳能热水系统包括太阳能热水子系统和空气源热泵子系统;太阳能热水子系统和空气源热泵子系统通过蓄热水箱进行有机耦合。此中央热水系统项目中各热水系统均独立控制，可灵活调节。控制系统通过PLC系统预设程序，控制太阳能与空气能热泵轮流开启，在保证正常用水情况下达到最节能运行。具体控制如下：

3.1 在大部分日照良好的晴天，开启太阳能加热;当阴天或晚上，但太阳能不足以直接提供生活热水时，热泵机组启动，利用空气作为热源加热水箱内生活热水;

3.2 充分利用峰谷电价差的政策优势，采取热泵热水机低谷电蓄热水方式，利用晚上的低谷电价时间(如：22：00—次日07：00)制取全天所需的生活热水。

四、运行经济性对比

4.1运行费用计算

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4.1.1淋浴热水系统

1)耗电量计算

计算条件：与相同产水量的电锅炉热水系统比较，且考虑到夏季热水用量减少，耗电量计算时间按一年平均200天满负荷运行计算。

2)运行费用计算

根据“1)”中耗电量的计算情况，电价按1元/度计算，则：

采用空气能热水机每年的运行费用为：309.6万度/年×1元/度=309.6万元;

采用电锅炉每年的运行费用为：1296万度/年×1元/度=1296万元; 根据上表计算可知，采用空气能热泵热水机，制取相同的热水量，其成本仅为电锅炉方案的四分之一左右，经济性由此可见。

4.2.2节能效益分析

根据大部分地区的太阳辐射资料，按照卫生热水系统平均耗热量和太阳能集热器日平均得热量确定太阳能热水系统的集热器面积，太阳能—热泵中央热水系统中，太阳能直接加热可满足热水系统全年60%～80%的热量需求，其余

20%～40%热量由太阳能辅助加热空气源热泵机组供应，即其所供应热量有65%以上来自集热器不能直接利用的太阳能和空气热能。在整个系统运行中，集热器吸收的太阳能的利用率接近100%，空气能热泵的电力消耗只占系统总能耗的7%～14%，较常规的热水系统可至少节能85%以上。

五、系统设计与安装施工

空气能-太阳能热水系统应用实例

合理先进的控制系统也是整个热水系统高效运行的关键因素之一。它不仅负责主机的启停，而且还负责水箱的补水、用户的用水、其它辅助热源切入与退出，以及水箱和管道内水的保温防冻。控制系统作为工程项目的重要组成部分，设计前期必须充分考虑各个工程项目的特点，将合适的控制方案放到合适的项目上才能够充分发挥集中控制的优势。

对于设备的安装，太阳能集热器相对储水箱的位置应使循环管路尽可能短;集热器面向正南或正南偏西5o，条件不允许时可正南±30o;平板型、竖插式真空管太阳能集热器安装倾角等于当地纬度或当地纬度±10 o;集热器应避免遮光物或前排集热器的遮挡，应尽量避免反射光对附近建筑物引起光污染。

工程上安装时空气能热泵机组应尽可能布置在室外，进风应通畅，排风不应受到阻挡。避免造成气流短路。如有阻挡物，应符合一定的要求，大致如下：机组间的距离应保持在2米以上，机组与主体建筑(或高度较高的女儿墙)间的距离应保持在3米以上;另外为避免排风短路在机组上部不应设置挡雨棚之类的遮挡物;如果机组必须布置在室内，应采取提高风机静压的办法，接风管将排风排至室外。

六、结语

此项目中太阳能与空气能热泵相结合互为辅助，保证了全年全气候供热，在实际运行过程中节能效果显著，环保和减排效果也很好。太阳能和空气能热泵集成供热系统方案是近年来中央热水系统热源设备发展的新动向，且太阳能与热泵的集成有两种考虑模式：一是以太阳能加热为主，以空气能热泵加热为辅，但是前提是建筑允许放置太阳能集热板，有足够的的面积;二是以空气能热泵加热为主，太阳能加热为辅，此种模式是为了使空气能热泵在低温环境下还能高效、稳定、可靠运行，用太阳能作为其辅助热源或直接加热热水箱内的水或提供预热。 随着世界能源的日趋紧张，节能热水设备成了热水设备行业发展的焦点。空气无处不在，它是一种清洁的可再生能源。因此，热泵热水机是一种可持续发展的“绿色装置”，可以解决燃油、燃气热水炉在城市发展的困境。