文章编号:ISSN1005-9180(2009)03-0074-04X
吕永刚
(广东燕通建设工程有限公司广州510663)
[摘要]介绍了综合应用空气源热泵热水器与太阳能的应用实例及其设计，探讨建筑生活热水的节能系统形式。 一下一下的顶开[关键词]太阳能；空气源热泵；生活热水
[中图分类号]TU831;T U833[文献标识码]B
Air-source Heat Pump and Solar Integrated Application
LV Yonggang
(Guang dong YanTo ng Constructio n Engineering Co1,L td1,G uangzhou510663)
Abstr act:Introduced a comprehensiv e application of air-source heat pump water heater wi th an integrated application o f solar energ y and design,to explore the construction of energy-efficient ho t water sy stem of life forms1
Keywor ds:Air-source;Heat pump;Solar ho t water
1引言
总部设在新加坡的某跨国公司，是一家致力于为航空、汽车、计算机、消费电子、工业制造、基础设施、医疗及移动产品行业的原始设备生产商(OE M)提供完整的设计、工程与制造服务的领先电子制造服务供应商(EM S)。本文介绍的项目为其在珠海园区(该公司全球最大的工业基地)南北区9栋员工宿舍楼太阳能与热泵综合利用的生活用水工程。
南北工业区员工宿舍情况：这9栋建筑均为7层建筑，其中南区1号楼和北区1号楼为干部宿舍楼，其他为一般员工宿舍楼，共能提供约8000人入住。
2设计原则
首先，考虑可再生能源的最大化利用，优先利用太阳能制热，用空气源热泵作为补充；其次，考虑尽量利用夜间低谷用电，使用热泵夜间加热热水；另外通过温度传感器控制水箱温度，当加热水箱温度 达到55度时，系统自动停止运行，进入等待期；由于热水制作过程是连续运行的，故在热水使用的同时制热过程依然可以正常运行，这样可以相应减少部分储热水箱的容积。
3设计及选型
因为该厂区每栋都是独立的系统，故选南区二栋宿舍为例子，阐述一下方案设计及选型的思路和方法:
南区二栋宿舍满负荷时用水总人数为886人，人均用热水量40L，总用水量35440L(kg)；考虑最不利制热水工况为冬季，且每天使用热水的人数占总人数的比例系数为018；故总热水用量在制热水工况下实际热水需求量为:
M x=28352kg(1)
74REFRIGERA TION No13,2009,Sep1
Vol128(Total No1108)
X收稿日期:2009-5-12；修回日期:2009-6-15
作者简介：吕永刚(1973-)，男，主要从事制冷与空调工程设计。E-m ail:rongganglv@163.c om
311设计参数
室外气象条件：珠海冬季室外计算相对湿度: 70%；冷水计算温度20e，冷水最低温度15e；热水计算温度:\50e；用水量按40L/天#每人计算。
312负荷计算
热水需求的加热量：考虑冬季的使用情况，冷水的进水温度按15e的标准计算，水被加热达到的温度为55e(业主要求)。
加热量的计算:
Q=C M(T2-T1)(2)式中:
Q)加热量,kJ;
C)水比热,4119kJ/kg e;
M)热水量,L(kg);
T1)冷水进口温度,e，按15e计算;
T2)热水出口温度,e，按55e计算
则Q=4119@28352@(55-15)=4751795kJ，此热量为热水系统所需总热量。至于是用太阳能提供还是由热泵提供，或者是由两者同时提供则要具体分析。
313产品选型
(1)太阳能集热板的选择:
在珠海，太阳能有效吸收时间约为7B30-15B 00。方案考虑建筑物屋面的功能，尽量多的采用太阳能集热板覆盖，该栋设置太阳能集热板195块共390m2。根据集热板的性能，冬季每天每平方米加热水量为60kg，则冬季太阳能集热板每天可加热总水量为:晴天小秘书
M=60@390=23400kg(热水)。
(2)储热水箱的选择:
考虑在最不利的情况下选择热泵机组。即无太阳能供热的情况下全由热泵机组供热给热水系统。按规定一天供热时间不大于20小时，持续供热时间不大于12小时。由于热水系统中的热水使用时间集中在晚上7~12时(白班)和上午7~9时(夜班)，故在储热水箱容积选择上按两次用水量中比较大的情况来计算。
V=M x@0155(3)式中:
地下水位监测V)储热水箱容量,m3;
M x)热水需求量,kg;
0155为白班占总用水量比例系数。
根据式(1)得出储热量为V1=15593kg，故储热水箱容积选用为16m3。
(3)热泵机组选择:
最不利情况下满足一天用热泵机组总功率为: P=Q/(H@3600)(4)式中:
P)热泵机组总输出功率,kW;
H)供热时间(按要求为20小时)。
计算得出热泵机组总输出功率为66kW。
根据需要，白班热水生产时间为9B00-18B00；夜班热水生产时间为18B00-6B00。
满足白班用热水机组总功率，根据式(2)、(3)、(4)及其得出的数值计算得出:
白班热泵机组总功率P白=80166kW；夜班热泵机组总功率P夜=4915kW。
根据最不利情况选以上三者中功率最大值：即机组选择制热量为80166kW。
314热水生产控制方式分析
麦克风架
是否节能运行，关键在于系统的控制是否能自动切换，以下是太阳能集热板与热泵智能切换系统原理:
太阳能中央热水系统以太阳能为主体，加以空气能热泵为辅。每天在充分利用太阳能的基础上，再利用空气源热泵。这样就存在着空气能热泵何时启动何时停止的问题。我们设计了太阳能与热泵智能切换系统，能解决此问题。
太阳能热水系统晴天最佳产热时间是每天早上9点至下午3点，把最佳产热时间分为若干个时间段，每个时间段设定依次升高的保温水箱热水温度(太阳能期望的温度)。如某个时间段水箱热水的温度达不到设定的太阳能期望的温度，则热泵启动加热至热水温度到设定的温度就停止。这样中央热水系统能充分利用太阳能的同时要保证供热水的温度，避免要使用热水时热泵来不及加热的情况。太阳能与热泵智能切换系统可自动鉴别天气，自动切换热泵机组少开或不开机。
实现了智能切换，才真正实现节能运行。
75
2009年9月
第28卷第3期(总108期)
制冷
4太阳能与热泵综合利用中央热水系统经济分析
411计算依据
1kW/h电(能)转化为热能为3600kJ，热效率为90%，每kW/h电价为017元；空气能热泵的热值为3600kJ/kWh，热效率为380%。设年平均冷水温度为15e，用热水温度为55e。
据省气象台预测，每年有75天为阴雨天，完全由辅助加热器加热。
412计算结果
(1)每天将28352kg15e的冷水加热到55e需吸收总热量:
Q吸=C#M入#v t(5)式中:
Q吸)太阳能极板吸收总热量,kJ;
M入)水的质量,kg;
v t)冷热水温差,e
计算得知:Q吸=4175@106
(2)每天单纯用电热水器加热28352kg水耗电量:
M1=Q吸/(G1#入1)(6)式中:
M1)电加热耗电量，单位,kWh;
G1)热泵机组的热值，取值为3600kJ/kWh;
入1)转化效率，取值90%
计算得知:M1=1465kWh。
(3)每天单纯用电热水器加热28352kg水耗电费:
1465@017=1025150元
(4)用电热水器供应热水(每天28352kg)年运行费用为:
1025150@365=374307150元
(5)用空气源热泵每天加热28352kg水耗电量:
M2=347kWh。
(6)用空气源热泵供应热水(每天28352kg)年运行费用为:
347@017@365=88658150元1
(7)用热泵辅助的太阳能系统供应热水(每天28352kg)年运行费用为:
347@017@90=21861100元
另因太阳能加热量差额，需热泵辅助加热:
短址1@(28352-23400)@(55-15)/(860@ 380%)@017@275=11668100元
表1运行费用对比表(单位：万元)
热水器类型热泵热水器太阳能+热泵
设备投资2015328133
年运行费用81873136
1年总费用291431169
2年总费用3812735105
3年总费用4711438141
5结论及存在问题
展示架制作综上所述，通过典型案例，简单介绍了华南地区合理利用太阳能集热板加辅助风冷热泵机组制取生活热水的设计思路，罗列了设备选型方法；并对比分析了直接用热泵热水器与太阳能加热泵的运行费用，显而易见多投资的太阳能集热板部分，在约1年半的时间里就回收了。而且还有覆盖屋面减少建筑屋面传热的间接好处。
作者认为，在全球大力倡导节能减排的今天，应该抛弃以往认为华南地区的天气不稳定，阴雨天多，使用太阳能集热板不稳定的固有思维，尽量多的利用可再生的能源来为我们服务。成败的关键还是在于设计，以及控制的实现。
但实际案例中尚存在一些问题:(1)智能控制部分由于不是标准件，而是依据逻辑控制模型购买传感器及控制模块集成的控制系统，目前来看模块的功能不稳定;(2)热泵热水机组发展时间短，其本身自动控制水平有限，自带的控制模块的拓展性能不足，尤其在控方面远未能实现。需补充外挂模块，甚至完全脱离其原有模块，另行配置控制系统。
如果相关主要设备厂家能在其与太阳能集热板等附属设备的综合利用上，做足自动控制及控的研发，将为综合利用可再生能源的应用提升一个新台阶。
76REFRIGERA TION No13,2009,Sep1
Vol128(Total No1108)
豫公网安备41160202000603
站长QQ:729038198
关于我们
投诉建议