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摘要：本文以工程实例介绍空气源热泵与太阳能相结合的具体设备选型、系统控制、系统保温、水箱消毒等设计要点。
关键字：空气源热泵；太阳能；设备选型；系统控制；保温；消毒
前言
随着我国城镇化的不断加快，我国对能源的消耗和需求的日趋增加，在热水系统中，各种节能的热源及设备不断的出现及应用，其中太阳能、空气源热泵这两种可再生能源在热水系统得到最广泛开发利用。太阳能热水系统是将太阳辐射转变为热能，是永不枯竭的清洁再生能源，有着明显的节能优势，但也有着明显的局限性：能量密度低，不能满足瞬时加热；辐射照热量受地理位置、季节、气候、天气等因素的影响大；太阳能集热器位置对建筑的影响大等等；在日照系数大于1400h/a且年太阳辐射量大于4200MJ/m 、年极端最低气温不低于-45度的地区宜优先采用，在不允许热水供应间断的场所，太阳能热水供应系统应设辅助热源。
空气能热泵是通过吸收空气的热量来制热，在运行过程中需要消耗一定的电能，通常空气源热泵能效比可达3.0～4.0。但相对太阳能也具有自身的优势：受天气影响较小，在最冷月平均不小于10度的地区，可不设辅助热源；初次投资相对小；对建筑影响较小等。在XX地区常见的做法就太阳能-联合空气能热水。这样能使优势互补，既能实现最大的节能，又能保证全天的热水。本文结合某个职工宿舍，与同行们一起探讨热水系统的系统选型、计算及控制。
1.根据具体工程提出本人热水系统的具体思路
1.1工程概况
项目为九层III类集体员工宿舍，楼高28.5m，总建筑面积为5685m2。共有宿舍160间，每间4个床位，每间宿舍配有独立卫生间，定时早上6：00～8：00，傍晚18：00～20：00开放两次热水供淋浴，热水采用直热式空气源热泵、太阳能的强制循环集中热水系统。
1.2空气源系统选择及设备选型
1.3太阳能系统
XX地区地处纬度为26°08′，太阳能板按正南向顺坡26度摆放，根据中国气象局信息中心气象资料室1971～2003年实测气象数据整理出福州的夏季太阳辐射量资料年平均日辐射量为12.32MJ/d. m ，太阳能保证率取50%，贮水箱和管路热损失取15%，计算直接加热集热器面积：
XX地区最冷月平均不小于10度，采用空气源热泵系统是可不设辅助热源，且该省属于太阳能资源III区（资源一般），设置太阳能是为了考虑建筑条件及造价的前提下最优的利用太阳能，至于太阳能设置的面积大小，主要在于在系统寿命内，寻求初次投资与节能效益之间的平衡点，这个问题还应该根据具体情况具体分析。
2.热水箱容积计算
为了保证用水点供水的连续性及稳定性，常设计成集热水箱与供热水箱双水箱供水。集热水箱能及时把达到设计温度的热水放到供热水箱，降低集热水箱内的初始水温，提高了集热效率；供热水箱的补水是由集热水箱供给，提高了供热水箱的初始水温，保证了系统水温的稳定性（笔者比较推荐采用）。但是系统设置了两个水箱，提高了系统造价，增加了二次污染。由于甲方要求仅设置一个供水箱，按定时供应系统，水箱容积为最大时段（傍晚18：00～20：00）的全部热水量，按最高日用水量的70%来考虑。
V=40×160×4×0.7/1000=17.92m ,取18 m 。
3.系统控制
3.1热水箱补水由生活水池提升泵补给（电动阀液位控制），早上8：00开始补水（水位保护：保证水箱水位不低于20%，如果低于20%，自动加水至100%）。
3.2供热水箱的热量补充由空气源热泵（直热式）及太阳能联合供给，当集热器出水温度T3高于热水箱T1达到7℃时，太阳能循环泵启动，两者温差达到3℃时，集热循环泵关闭。
3.3从节能上考虑，为避免夜间水箱带着大量的热水过夜，造成不必要的热损耗。在夜间把水位设置在最高水位的50%处，高于此水位，在6：00前冷水进水管强制关闭。早上（6：00～8：00）热水水量仅为最高日30%左右，为了优先利用太阳能，应推迟热泵的开启时间。早上（6：00～8：00）用水过后，水箱仅储存最高日用水量20%，到下个时段用水还需热水量50%。按冬季在阴天不考虑太阳能制热的情况下全用空气能热泵加热一整天热水需14小时，还剩50%的热水需加热14×0.5=7小时左右（乘以一定的安全系数），故在傍晚（18：00～20：00）使用前8小时使用热泵，即热泵设定在10点开启，开启后再判断若热水箱温度T1小于52度，启动热泵循环泵继续运行；当热水箱温度T1大于56度，关闭热泵循环泵；当然还可以根据不同的季节来设置热泵开启时间时间。
3.4由于是定时供应热水，管路系统循环泵没必要一直开启，故热水给水回水管的温度T2在热水系统开放前1小时低于设定值（46度）且供热水箱的温度高于51度时启动热水回水泵，直至T2达到设定值（50度）时停泵；集热板采取防冻措施，当集热板的温度低于2度时，启动太阳能集热循环泵，直至集热板的温度达到7度。
3.5集热器的防冻及防晒：当集热板的温度低于2度时，启动太阳能集热循环泵，直至集热板的温度达到7度；当水箱水温高于70度，强制关闭太阳能集热循环泵。
3.6保温
本系统水箱储存了最高日热水量，定时早上6：00～8：00供应的热水绝大部分是要一个夜间的储存保留下来，为了尽量的减少热损耗，系统的保温很重要。福州常用做法是屋面热水箱均外包橡塑保温材料（50mm）及铝板（0.5mm）保护。
3.7集热水箱的消毒
由于热水系统在经过加热设备，热水管道及用水器具的使用过程中，可能产生军团菌等及其他微生物污染，且本系统水箱储水量较大，热水停留时间长，循环不充分、水温不均匀，特别容易引起二次污染。故应控制设计热水水温55°C（此温度基本满足使用及防治军团菌的要求），且应选用内表光滑不生锈、不结垢的管道及阀件。必要时设计电辅助加热，定时启动电热水器，在下半夜，启动电热水器将热水水温升高至70°C，开启管道循环回水泵让高温水在管路及设备中循环，在回水水温达到65°C后，保持运行5分钟杀灭军团菌等，已达到消毒的目的，定期消毒运行可考虑每月一次。
4.结语
太阳能集热器和空气源热泵的品种繁多，系统设计原理也多种多样，且各个用水工况也因生活习惯、气候情况各有差异，因此具体工程还需具体分析。
以上是本人对太阳能及空气源热泵系统的一些浅显的认识，不足之错还请同行批评指正。
参考文献：
[1]GB50015-2003（2009版）建筑给排水设计规范[S]
[2]王增长主编.建筑给水排水工程（第六版）[M].北京：中国建筑工业出版社，2010
[3]王晓丹.空气源热泵-太阳能热水系统的问题探讨[J].福建建设科技，2013（3）
论文作者:刘向阳
论文发表刊物:《基层建设》2015年16期
论文发表时间:2015/10/12
标签：水箱论文; 热水论文; 太阳能论文; 系统论文; 空气论文; 水温论文; 温度论文; 《基层建设》2015年16期论文;