太阳能与空气源热泵结合

 空气源热泵热水系统是目前最安全、可靠、节能、环保的热水系统。

 

  太阳能热水系统是传统的、绿色的、运行费用低廉的热水系统。

 

  空气源热泵热水机组利用空气能, 广义而论, 其实也是太阳能利用的一种形式。空气源热泵热水机组具有下列优点:1)热水成本低, 蓄能又节能;2)安全可靠, 使用寿命长;3)符合环保减排要求;4)不需机房, 基础投资少。

 

  空气源热泵热水机组的制热性能会受天气影响,但随着低温空气源热泵的开发、除霜技术改进, 空气源热泵机组几乎可以用于我国五大气候区的寒冷(北方)地区、夏热冬冷(长江中下游)地区、温和(云、贵、川)地区, 以及夏热冬暖(华南, 海南)地区等4个气候区。空气源热泵的热源是空气, 无处不有, 来源方便。它也不像水源热泵那样, 需要有一大套复杂的取热、排热的设备和系统。它除了有节能环保安全可靠的特点外, 比起水源热泵来说, 还有简约、占地少、使用灵活, 因此也是一次投资低的特点。

 

  太阳能热水供应, 是最为传统的、比较经济的做法。太阳向地球辐射的能量, 某种意义上, 是取之不尽、用之不竭的。但由于太阳能集热器的工作受气候条件和昼夜变化影响太大, 在雨雪天和阴天, 太阳能集热器便无法工作;而一天之内, 也只有在日出和日落之间的白昼才能集热, 夜晚便无法应用。

 

  将太阳能和热泵两者结合起来, 扬长补短, 优势互补, 既达到节能减排、又能保证全年全日连续供热,是近年来中央热水系统热源设备发展的新动向。太阳能与热泵的集成有两种考虑的模式, 一是建筑允许放置太阳能集热板, 有足够的面积, 那么应以太阳能热水系统为主、以热泵加热为其辅助热源。例如, 阴天下雨时, 单纯太阳能热水系统只有靠直接电加热,而采用热泵则可以节省2 /3 ～ 3/4 的耗电;夜间贮存热量不足时, 可以开启热泵来补充。第二种模式是以热泵供热为主, 太阳能为辅。为了使空气源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(助推作用), 或直接加热水箱内的水, 或预热上水。据国外资料推断, 太阳能与热泵结合的供热系统, 可以节能85%(太阳能直接加热热水占80%的全部负荷, 20% ～ 40%由热泵承担, 这部分的热负荷中, 由于热泵COP为3, 那么全年实际耗电7% ～14%)。当然在太阳能与热泵结合的供热系统中, 热泵的类型可以是空气源的、水源的、或者土壤源的热泵。

 

  太阳能与空气源热泵的结合是否一定是最佳方案? 人们可以预计, 在不计较一次投资的前提下, 其消耗的能量肯定比单纯用电加热、燃油、燃气的热源设备少, 也比单纯用空气源热泵热水机组来得省。但如果考虑太阳能和热泵毕竟是两套设备, 一次投资肯定高, 超出单纯用热泵机组的一次投资。如果投资超出的部分可以在每年节省运行费用上很快得到补偿(比如说3年之内), 还是可以考虑的, 也就是期望工程平均寿命成本降低到合理的程度。

 

  本文通过采用太阳能与空气源热泵结合为某单位办公楼中央热水系统热源的工程, 说明在热水系统中太阳能与空气源热泵结合可以取长补短, 互为辅助;可以保证全年全气候供热, 而且节能效果明显, 环保和减排效果也十分良好。由于在建筑物屋顶布置太阳能集热板受到限制, 该工程采取以热泵制热为主, 太阳能为助推(太阳能集热约占日需负荷的30%)。即当太阳能还不足以将上水加热至55℃时,用太阳能预热上水, 再由热泵机组加热至55℃后应用;而当有足够的太阳能将上水加热至55℃时, 则用太阳能直接加热上水供应用。