太陽能+熱泵中央熱水系統(tǒng)基本組成
太陽能+熱泵中央熱水系統(tǒng)的主要組成部分為太陽能集熱器和太陽能輔助加熱空氣源熱泵機(jī)組，其他輔助設(shè)備與常規(guī)的中央熱水系統(tǒng)相同，包括太陽能循環(huán)泵、熱水加熱環(huán)泵、換熱器、熱水箱及控制器等。
太陽能輔助加熱空氣源熱泵機(jī)組
為使空氣源熱泵在低溫環(huán)境中高效、穩(wěn)定、可靠的運(yùn)行，國內(nèi)外眾多科研單位和生產(chǎn)企業(yè)進(jìn)行了研發(fā)和改進(jìn)，歸納起來主要有三種方式。一是依靠外界輔助熱源來提高熱泵低溫制熱性能，比如通過電加熱提高熱泵制熱出水溫度、采用燃燒器輔助加熱室外換熱器、在壓縮機(jī)周圍敷設(shè)相變蓄熱材料以增加低溫條件下制熱運(yùn)行出力等等;二是通過改善制冷劑循環(huán)系統(tǒng)來提高熱泵的低溫制熱性能，比如采用雙級壓縮的空氣源熱泵，設(shè)中間補(bǔ)氣回路的空氣源熱泵等;三是采用變頻系統(tǒng)，低溫工況下讓壓縮機(jī)高速工作增加工質(zhì)循環(huán)量，同時(shí)向壓縮機(jī)工作腔噴液以防止其過熱，從而使熱泵機(jī)組能夠正常運(yùn)行。
太陽能輔助加熱空氣源熱泵機(jī)組是基于上述第一種方式而產(chǎn)生的。在機(jī)組的蒸發(fā)器上增加了一輔助換熱器。熱泵在低溫環(huán)境下制熱運(yùn)行時(shí)，高于環(huán)境溫度的太陽能熱水流經(jīng)該輔助換熱器，與將進(jìn)入蒸發(fā)器的室外空氣進(jìn)行熱量交換提高其溫度，從而使制冷劑在相對較高的環(huán)境里蒸發(fā)吸熱，提高了蒸發(fā)溫度，改善了壓縮機(jī)的工作狀況。
太陽能輔助加熱空氣源熱泵機(jī)組性能特點(diǎn)
與普通的空氣源熱泵相比較，太陽能輔助加熱空氣源熱泵機(jī)組在低溫工況下運(yùn)行具有如下幾個(gè)明顯的特點(diǎn)：
1.COP顯著提高。在同樣的環(huán)境溫度下，太陽能輔助加熱使制冷劑系統(tǒng)的蒸發(fā)溫度得以提高，機(jī)組的制熱性能系數(shù)較普通空氣源熱泵機(jī)組有了明顯的提高。
2.防止蒸發(fā)器結(jié)霜，減少除霜時(shí)間。由于輔助熱源的加熱作用，提高了進(jìn)入蒸發(fā)器的空氣溫度，使其結(jié)霜的可能性降低，這樣就可以防止蒸發(fā)器表面結(jié)霜，使其保持較高的換熱效率;同時(shí)，機(jī)組的化霜次數(shù)和時(shí)間也大大減少，可以節(jié)省大量的電能并保證熱泵機(jī)組連續(xù)不問斷的運(yùn)行。
3.改善空調(diào)壓縮機(jī)工作環(huán)境，延長機(jī)組使用壽命。在環(huán)境溫度較低時(shí)，空調(diào)壓縮機(jī)的壓縮比急劇升高，壓縮機(jī)的排氣溫度常常會(huì)超過壓縮機(jī)允許的工作范圍，從而導(dǎo)致壓縮機(jī)頻繁的啟停，無法正常工作，長此以往，將會(huì)損傷壓縮機(jī)的整體性能，減少空調(diào)設(shè)備的使用壽命。通過太陽能作為輔助熱源提高系統(tǒng)蒸發(fā)溫度，間接地改善了壓縮機(jī)的工作環(huán)境，不但解決了壓縮機(jī)在外界低溫環(huán)境下不能正常工作的問題，并且可以使整個(gè)熱泵機(jī)組的使用壽命有效延長。
4.太陽能輔助換熱器的設(shè)計(jì)。輔助換熱器位于熱泵蒸發(fā)器的外側(cè)，作為熱泵機(jī)組的一個(gè)部件與熱泵機(jī)組同步設(shè)計(jì)生產(chǎn)，采用和蒸發(fā)器同樣外型尺寸和材質(zhì)的翅片管換熱器。輔助換熱器的換熱面積、空氣通過溫升及其與熱泵蒸發(fā)器的間距應(yīng)根據(jù)太陽能集熱器可以提供的輔助熱量、太陽能水溫、環(huán)境溫度及熱泵機(jī)組蒸發(fā)溫度、排風(fēng)量等參數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算。
太陽能集熱器
目前在太陽能熱水工程中通常采用的太陽能集熱器主要有平板型太陽能集熱器、全玻璃真空管集熱器、u型管式真空管集熱器、熱管式真空管集熱器和直流式真空管集熱器五種。對于全年使用的比較大型的太陽能中央熱水系統(tǒng)，要求太陽能集熱器應(yīng)具有一定的承壓能力，比較高集熱效率，比較小的管道阻力，抗凍能力強(qiáng)，易于維護(hù)。在這幾種太陽能集熱器中，全玻璃真空管集熱器雖然熱集熱效率高，市場占有率大，但因其不能承壓運(yùn)行，容易凍裂，不適宜用在大面積的太陽能熱水系統(tǒng)中，絕大部分都被用作家用太陽能熱水器的集熱部件。其它四種均為金屬吸熱體的太陽能集熱器，可以承壓運(yùn)行，適用于在大型的太陽能熱水工程中應(yīng)用。
平板集熱器是應(yīng)用比較早的一種太陽能集熱裝置，一直以來也是世界太陽能市場的主導(dǎo)產(chǎn)品，廣泛應(yīng)用于各種低溫?zé)崴訜犷I(lǐng)域，但隨著真空管太陽能集熱器的出現(xiàn)，受其自身結(jié)構(gòu)的局限，在集熱效率上已不具備優(yōu)勢，因防凍問題以及集熱性能受季節(jié)和環(huán)境影響較大，目前主要在南方冬季氣溫較高的地區(qū)應(yīng)用，在北方寒冷地區(qū)冬季運(yùn)行效果欠佳，不推薦在大型熱水工程中應(yīng)用。
u型管式真空管集熱器、熱管式真空管集熱器和直流式真空管集熱器是在全玻璃真空管集熱器基礎(chǔ)上發(fā)展起來產(chǎn)品，三者的共同特點(diǎn)都具有比較高的集熱效率，以金屬作為吸熱體，可以承壓運(yùn)行，但從集熱效率、防漏、防垢、耐久性、安全性、可靠性、安裝維護(hù)難度等方面進(jìn)行綜合評價(jià)，熱管式真空管集熱器是最適宜在中央熱水供應(yīng)系統(tǒng)中采用的太陽能集熱器類型，u型管式真空管集熱器和直流式真空管集熱器次之。熱管式真空管集熱器利用熱管傳熱，干性連接，管內(nèi)不走水，具有熱容小、傳熱快、耐冰凍、耐熱沖擊、承壓強(qiáng)、保溫好、無滲漏、易維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)，u型管式真空管集熱器和直流式集熱器利用真空管內(nèi)同心套管直接對工質(zhì)加熱，除了具有運(yùn)行溫度高、承壓能力強(qiáng)和耐熱沖擊性能好等特點(diǎn)外，其集熱效率高于其它形式的集熱器，并且可以水平安裝，簡化安裝支架，減少安裝場地面積，避免集熱器影響建筑外觀，在太陽能和建筑結(jié)合方面具有較強(qiáng)的適應(yīng)性，但其安裝程序比熱管式真空管集熱器復(fù)雜，接口較多，運(yùn)行中有漏水隱患，系統(tǒng)維護(hù)成本相對較高。
