探讨太阳能与热泵结合系统设计

摘要：“十三五”我国光热产业保有量目标达8亿m2，光热产业首次提到国家政策的决策层面，这对光热产业来说是一个重大的机遇也是一个挑战。面对越来越多的太阳能热水工程，客户关注的不仅仅是工程质量，还有设备噪声，工程美观度等。本文通过实例，重新定位太阳能与热泵结合的多能互补热水系统设计理念及方法。 　　1工程概况 　　1.1项目概况 　　小区住宅太阳能热水系统位于广东省惠州市，热水主要用于住户日常生活用水，日总用热水量30t。采用集中集热、集中供热的热水系统设计，辅助热源为空气源热泵。 　　1.2气象资料 　　惠州市地处低纬度, 北回归线横贯穿全市, 雨量充沛, 阳光充足, 气候温和, 属南亚热带季风气候区。平均年降水量1770mm，主要集中在4月份至9月份，年平均气温22℃，无霜期长达350多天。年均日照小时数为1752h，当地安装倾角平面年平均日辐照量12.70MJ/（m2·d）。 　　2光热系统设计 　　2.1系统原理 　　晴好天气，集热器吸收太阳辐射能，通过集热循环泵与水箱中的水交换热量，从而加热保温水箱中的水。当日照不足且保温水箱水温低于设定温度时，自动启动空气源热泵辅助加热，保证用水时间段内保温水箱中有充足的热水供用户使用，为保证充足水压，系统采用变频供水。 　　2.2系统配置说明 　　本项目共配备31组双联排集热器，规格为5m×3m×2m不锈钢矩形组合水箱。 　　太阳能热水系统的集热器采光面积可根据日平均用水量、用水温度、当地日均太阳辐照量、太阳能保证率、集热器全日集热效率等参数计算，计算公式如下： 　　2.3辅助加热设计 　　本项目辅助热源是低功耗清洁能源空气源热泵，根据国家规范要求及系统供55℃热水所需制热时间不超过12h计算，以保证阴雨天的情况下都能完全满足用户用水需求。 　　本项目共选用4台型号为SYE-SKR-10的空气源热泵,空气源热泵独特的外牙肋管及涡旋对流设计使水和热媒的换热效率极高，致使机组能效比大幅度提高，且该套管换热器对水质要求低，避免了使用板式换热器容易结垢等缺陷，大大提高机组使用性能及稳定性。空气源热泵如图1所示。 　　2.4美观设计 　　太阳能热水系统设计的美观性主要体现在与建筑自身的和谐统一。关键点是设备选型、集热器铺设方法、辅助加热设备、水箱摆放位置以及管道走法。 　　本项目在设计太阳能热水系统时，对施工现场做了充分考察调研。根据现场条件，集热器和空气源热泵放置在屋顶花架，水箱放置在于隐藏设备间，集热器的布置，采用双联排和三联排串、并联，均匀整齐排列方式，集热器布置远离花架边缘，一方面考虑安全性，另一方面从楼下角度保证向上看屋顶的美感。空气源热泵选取根据建筑主体色调，选择白色。 　　项目在施工时，要格外注意施工方法，采取过程控制保证整体整齐。集热器布置如图2所示，热泵布置如图3所示。 　　2.5减振降噪设计 　　太阳能热水系统的振动和噪声主要来源于水泵和空气源热泵，其中空气源热泵噪声最大。在考虑水泵和空气源热泵振动噪声的处理上，本项目主要从以下三方面着手： 　　1.设备选型 　　本项目在设备选型上，除考虑运行性能和节能因素外，还着重考虑设备振动和噪声，比如空气源热泵选用兴业自主研发设计的10匹机型，水泵采用德国威乐泵。 　　2.设备安装位置 　　在设备安装位置上，利用现有条件，把空气源热泵放置于屋顶设备间上花架旁，这与顶层住宅隔开一定的空间距离，有效减小噪声传播，水泵放置于设备间，设备间有隔音防护，对噪声传播起到一定阻隔作用。 　　3.专有技术措施 　　采用专有的双重减振施工工艺，最大限度降低低频振动，对隔音要求高的系统，采取设置隔音罩，满足项目中的高要求高标准。 　　2.6控制系统 　　系统采用PLC智能控制系统，性能稳定，外设触摸屏显示，可自动显示系统各个部位的运行状况，方便用户维护管理。 　　3经济效益 　　太阳能系统的社会效益体现在减少污染物排放，主要指标为二氧化碳、二氧化硫和粉尘减排量。 　　相比传统的电加热，本项目每年可节省电量434247.7kW·h，节约费用29.5万元/年。本项目 数据如表1所示。 　　4结语 　　为保证建筑的整体美感，最好能做到与建筑主体同步设计，如果不能同步设计时，应对现场及周边情况详细调查，从而确定设备放置位置。在设计时，尤其是集热器布置和管路铺设方式，在保证工程质量的同时，尽量做到整齐规一。值得一提的是，设计时需注意施工可行性，不能因一味考虑美观，导致后期施工无法进行。