太阳能热水工程与空气源热泵机组_secret
空气源热泵作为太阳能热水系统辅助热源初探
空气源热泵作为太阳能热水系统辅助热源初探摘要空气源热泵作为太阳能热水系统辅助热源，弥补了常规太阳能热水系统的缺陷，特别适用于充分利用太阳能的前提下，仍然需要大量使用辅助热源的太阳能热水系统。
两者有机结合，既可充分利用太阳能，又可节约辅助能源，最大限度降低运行成本，节省费用。
关键词空气源热泵太阳能辅助热源集热容积储热容积中图分类号：tk511 文献标识码：a 文章编号：1简介空气能热泵热水机是继电、燃气、太阳能后的第四代热水器，用一度电可以获取4度电产生的热量，是一种非常高效节能的新型产品。
如果全国25%的家庭换用热泵热水机，一年就可节约电能约1420亿千瓦时（三峡电站2008年发电量才808亿千瓦时，相当于为国家建立了一个半的三峡电站；相当于节约了1730万吨标准煤；减少二氧化碳排放3690万吨，减少二氧化硫排放14.7万吨。
空气能热泵热水器以电能为工作能源，热源来自空气中热能，不存在任何污染；运行过程中水电完全隔离，靠铜管导热，使用绝对安全；工作过程主要热量由空气中取得，同时电热能也转换为热量，因此它加热同样体积热水所需费用非常低。
2优点太阳能集热系统的最大优势在于，在日照充足条件下，整个系统运行成本几乎为零，这也是在太阳能比较丰富的地区以太阳能作为生产热水主要能源的重要原因。
其缺点在于，当天气条件不利（如光照不足、夜间等情况）或者屋面可放置集热器面积有限时，只能依靠辅助热源进行加热。
空气源热泵热水机组与太阳能集热系统相比，最大优势在于只要室外环境温度在机组运行范围内（-10～50℃）就可以全天候直供热水，弥补了太阳能本身存在的缺陷；同时在相同条件下，机组占地面积远小于太阳能集热板的占地面积。
可见，空气源热泵作为太阳能集中热水系统辅助热源最大特点是，弥补了常规太阳能热水系统的缺陷，且其本身具有节能性。
因此，将空气源热泵作为太阳能集中热水系统辅助加热系统特别适用于太阳能较丰富、年平均气温在20～30℃地区，在充分利用太阳能的前提下，仍然需要大量使用辅助热源的太阳能热水系统，如酒店、病房楼等需要24小时热水供应，且夜间热水用水量较大的建筑热水系统。
太阳能空气源热泵热水系统
本科毕业设计论文题目太阳能辅助空气源热泵热水供应系统设计学院名称机械电子工程学院专业班级热能与动力工程学生姓名学号指导教师填表时间： 2014 年月日摘要目前，太阳能辅助空气源热泵热水系统已经在建筑中得到广泛推广。
太阳能辅助空气源热泵系统实现了空气和太阳能两种可再生能源的综合利用和优势互补，是一种高效洁净的新型热水制备方式。
本设计在简述国内外太阳能辅助空气源热泵系统研究的基础之上，设计了满足该居民楼全年供应热水要求的太阳能—空气源热泵热水供应系统运行方案，设计了平板型太阳能集热器；对热泵系统中，建立压缩机、冷凝器、蒸发器、膨胀阀数学模型，并编制了冷凝器、蒸发器的仿真程序；最后对系统进行经济性分析；其中重点是冷凝器、蒸发器的结构设计，以及仿真编程和系统的经济性分析。
本设计设计的太阳能空气源热泵热水供应系统中，包括太阳能热水供应回路和空气源热泵热水供应回路；太阳能优先供应热水，当太阳能供应不足时，空气源热泵再供应热水，最大化的使用太阳能。
对系统进行经济性分析，计算出传统方式和本系统的全年总费用、初投资，得出投资回收年限，表明该系统具有节能，经济的优势。
关键词：太阳能；空气源热泵；蒸发器；冷凝器；性能分析ABSTRACTNow the solar assisted air source heat pump hot water system has been widely spread in the building. Solar-assisted air source heat pump system realized the utilization and complementary advantage of two renewable energy：air and solar，being a new and high efficient preparation method.This design introduces the solar-assisted air source heat pump system at home and abroad research. Operation scheme of solar hot water - air source heat pump hot water supply system meet the residential building year-round water-supply. This subject also designed a flat solar collector and established mathematical model of compressor, condenser, evaporator, expansion valve. This paper compiles the condenser, evaporator simulation program. Finally the design makes analysis efficiency of system, which focuses on the simulation programming and the structure design of the condenser and evaporator, and systems analysis of the economy.Solar air source heat pump hot water supply system designed in this paper composed of the solar hot water supply loop and air source heat pump hot water supply loop. Solar energy supply hot water first. When the solar energy supply is insufficient, the air source heat pump supplies ho t water. System is maximize used of solar energy, to achieve the purpose of energy saving. Economic analysis calculates total cost of the traditional way and the annual, then we get it’s the investment recovery period. Above all results indicated that the system has the energy saving and being economical.Key words: Solar energy; Air source heat pump; Evaporator; Condenser;Performance analysis目录摘要 (2)ABSTRACT (3)1 绪论 (1)1.1 本课题的研究目的及意义 (1)1.2太阳能辅助空气源热泵系统的研究现状 (2)1.3 本设计的主要研究内容 (4)2 太阳能辅助空气源热泵热水系统方案 (6)2.1 太阳能辅助空气源热泵热水系统要求 (6)2.2 热水供应系统方案设计 (7)2.3本章小结 (9)3太阳能集热器数学模型及结构设计 (10)3.1设计参数 (10)3.2 平板型太阳能集热器的数学模型 (11)3.3 平板型太阳能集热器结构 (17)3.4本章小结 (19)4 热泵装置各部件数学模型 (19)4.1 压缩机数学模型 (20)4.2 蒸发器数学模型及仿真 (23)4.3冷凝器数学模型及仿真 (33)4.4膨胀阀模型 (40)4.5辅助电加热器的选取 (42)4.6 本章小结 (42)5.系统节能性和经济性分析 (43)5.1 系统的节能性分析 (43)5.2系统的经济性分析 (45)5.3 本章小结 (46)6 总结与展望 (47)参考文献 (49)致谢 (51)附录一 (52)英文翻译 (52)附录二 (67)蒸发器仿真程序 (67)1 绪论进入21世纪世界对能源的需求越来越大，然而化石能源（如煤炭、石油、天然气等）面临枯竭的困境，并且化石能源的燃烧也会对大气造成污染。
太阳能与空气源热泵技术应用标准
太阳能与空气源热泵技术应用标准随着全球能源危机和环境问题的日益严重，可再生能源和节能技术成为了研究的热点。
太阳能和空气源热泵技术作为两种重要的可再生能源技术，在建筑、农业、工业等领域得到了广泛应用。
为了规范太阳能和空气源热泵技术的应用，提高其性能和安全性，制定相应的技术应用标准至关重要。
本报告将详细介绍太阳能与空气源热泵技术应用标准，以期为相关领域的研究和实践提供参考。
本报告详细介绍了太阳能与空气源热泵技术应用标准，包括太阳能热水系统标准、太阳能光伏发电系统标准、空气源热泵机组标准和空气源热泵热水系统标准等。
这些标准的制定和实施将有助于规范太阳能与空气源热泵技术的应用，提高其性能和安全性。
同时，随着技术的不断进步和创新，未来太阳能与空气源热泵技术的应用将更加广泛和深入。
我们期待在未来的发展中，太阳能与空气源热泵技术能够为全球能源危机和环境问题提供更加有效的解决方案。
一、太阳能与空气源热泵技术应用标准太阳能热水系统标准太阳能热水系统是利用太阳能将水加热的系统，广泛应用于家庭、学校、医院等场所。
为了确保太阳能热水系统的性能和安全性，应遵循以下标准：（1）系统设计应考虑到当地的气候条件、建筑结构、使用需求等因素，确保系统能够充分利用太阳能资源。
（2）太阳能集热器应选用高效、耐用的材料，并具备防冻、防腐蚀等功能。
（3）热水系统应配备适当的保温措施，减少热量损失。
（4）系统应具备自动控制和安全保护功能，确保使用安全。
太阳能光伏发电系统标准太阳能光伏发电系统利用太阳能光照射在光伏电池上产生电能，为建筑物提供电力。
为了确保太阳能光伏发电系统的性能和安全性，应遵循以下标准：（1）系统设计应考虑到当地的光照条件、建筑结构、电力需求等因素，确保系统能够充分利用太阳能资源。
（2）光伏电池应选用高效、耐用的材料，并具备防风、防雨等功能。
（3）发电系统应配备适当的保护措施，防止过载、短路等故障。
（4）系统应具备自动控制和远程监控功能，方便管理和维护。
热水工程太阳能+热泵
太阳能加空气能中央热水工程设计预算书东莞市发辉热水器设备厂一、设计方案说明1、工程名称：广西酒店热水工程1）日用热水总量：17吨（190间客房，每间客房85升水设计）2）用热水方式：花洒3）热水供给方式：不定时供应热水4）冷水计算温度：15℃；5）热水计算温度：55℃；6）太阳能产水量：8 L/日/ 管9）FH-SKR100型10P循环机组技术参数17吨热水空气能主机选择2台10匹主机，2台10匹机制热量为76KW。
此表中的额定制热量和产热水量为环境温度10℃、湿球温度10℃、冷水温度15℃、热水温度55℃时的测试数据。
2、设计方案2.1设计方案：根据用户的要求，结合贵方用热水特点，从热泵、太阳能集热器合理布局及优化设计等技术经济角度考虑，结合太阳能、空气能热水系统特点及我方现场实际勘察情况，为了实现节能和有效降低日常运行费用，同时保证可靠供应热水并延长系统设备的使用寿命，我方高级技术设计人员特此为本项目提供了太阳能-热泵中央热水系统优化设计方案，具体说明如下：本优化设计对太阳能按春、夏、秋三季晴天情况下能基本满足正常热水供应来配置集热器数量（阴雨天或日照不足情况下通过热泵机组来进行辅助加热），为保证系统在冬季最不利情况下仍能满足正常热水供应，系统配备足够的高效空气源热泵机组进行辅助加热。
太阳能系统按照温差循环相结合方式工作，由一级太阳能储热水箱以定量、定时方式为二级热泵辅助加热储热水箱补水。
系统以太阳能为主热泵为辅，不仅太阳能、热泵皆可在有效时段高效率独立工作，又能相互弥补。
本优化设计，充分利用太阳能集热器在日照有效时间来加热冷水，因为热泵机组不同于锅炉加热设备，同等投资条件下，热泵机组单位时间的产热量远低于锅炉类加热设备的出热量，所以，太阳能热水系统用热泵作辅助时，要想初期投资不致过大就须尽可能延长热泵机组工作时间，对此，可以按照近似相等原则，把系统总用水量按照太阳能集热器每日8～10小时有效加热时间，分批（定量）先由太阳能系统进行预加热（一次加热），一级太阳能储热水箱的水经过太阳能系统预加热后，通过过渡水泵将一级储热水箱中的水分批定量补给二级储热水箱，按照补入水温情况，再由热泵热水机组以定温方式作定温加热（二次加热）；这样热泵与太阳能系统均可在日照有效时间或环境温度较高的时段同时工作，既达到了最大限度利用太阳能，又能使热泵机组工作时间相对延长，合理的解决热泵机组单位时间产水量较小的问题，能够控制初期投资在一定范围内，实现环保节能的目的。
太阳能热水系统与空气源热泵的组合设计
人们 的重视和青睐 。但 是 ， 太阳能属 于不稳定的低密度能源 ，
受天气 的影 响较大 ，必须配置可 靠的辅助热源保证热水 的稳 定供应 。 辅助热源有多种形式 ， 设计时需合理选择 ， 做到稳定 、
油 热泵
公用工程设 计ｆ
ＰｂｉＵｄ． ｕｌ ｆｉ ｓ ｃ ｔ ｉ ｅ ｎ ｌ
太 阳能热水系统 与空气源热泵 的组合设计
Ｃｏ ｉａｏ ｉｌ ｓｇ ｆＳ ｌｒ ａｅ Ｈｅ ｔ ｇＳ ｓｅ ａ ｄ ｒ ｏ ｒｅ ａ Ｐ ｍｐ ｍｂ ｎ ｔ ｒ Ｄｅ ｉｎ ｏ ｏａ Ｗ ｔｒ ａｉ ａ ｎ ｙ ｔｍ ｎ ＡｉＳ ｕ ｃ Ｈｅ ｔ ｕ
优 缺点及 适 用性 方 便高 效 ，但 区域 限制 性较 大 洁 净能源 ，但耗 电不节 能 有 一定污 染 ，且不 节 能 洁 净能源 ，且 高效 节 能
安全 、 、 合理 节能 。
综合表 １ 以看 出 ，热泵作为太 阳能的辅助热源是个理 可 想的选择 。热泵系统的低温热源有水源 （ 含地表水 、地下水
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４ ２ 系统控 制方式 ．
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屋顶设太阳能集热板 、 热水箱和空气源热 泵机组 ， 回水循 环泵设在 ｌ 层设备房内。太 阳能集热储热水箱和 集热 器间设
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集热循环泵 ，循环泵的启停 由集热器 出水 口温度与热水箱 内 温度差控制 ， 当温 差达到 ８ ＂ Ｃ时启泵 ， 当温差达到 ２ ＂ Ｃ时停泵 ； 太 阳能集热储热水箱和空气源热泵间设换热循环泵 ，循环 泵
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太阳能与空气源热泵完美结合的中央热水系统
太阳能与空气源热泵完美结合的中央热水系统太阳能与空气源热泵完美结合的中央热水系统在大型的太阳能中央热水系统中，空气源热泵无疑是一种比较理想的辅助加热设备，为了改善空气源热泵在低温环境下制热运行的性能，最大限度的利用太阳能，解决阴雨天气及冬季环境温度较低太阳能资源不足时热水供应保证率，做到全年、全天候供应热水。
1 太阳能—热泵中央热水系统组成1.1 太阳能—热泵中央热水系统基本组成太阳能—热泵中央热水系统的主要组成部分为太阳能集热器和太阳能辅助加热空气源热泵机组，其他辅助设备与常规的中央热水系统相同，包括太阳能循环泵、热水加热环泵、换热器、热水箱及控制器等。
平板集热器是应用比较早的一种太阳能集热装置，一直以来也是世界太阳能市场的主导产品，广泛应用于各种低温热水加热领域，但随着真空管太阳能集热器的出现，受其自身结构的局限，在集热效率上已不具备优势，因防冻问题以及集热性能受季节和环境影响较大，目前主要在南方冬季气温较高的地区应用，在北方寒冷地区冬季运行效果欠佳，不推荐在大型热水工程中应用。
U型管式真空管集热器、热管式真空管集热器和直流式真空管集热器是在全玻璃真空管集热器基础上发展起来产品，三者的共同特点都具有比较高的集热效率，以金属作为吸热体，可以承压运行，但从集热效率、防漏、防垢、耐久性、安全性、可靠性、安装维护难度等方面进行综合评价，热管式真空管集热器是最适宜在中央热水供应系统中采用的太阳能集热器类型，U型管式真空管集热器和直流式真空管集热器次之。
热管式真空管集热器利用热管传热，干性连接，管内不走水，具有热容小、传热快、耐冰冻、耐热冲击、承压强、保温好、无渗漏、易维护等优点，U型管式真空管集热器和直流式集热器利用真空管内同心套管直接对工质加热，除了具有运行温度高、承压能力强和耐热冲击性能好等特点外，其集热效率高于其它形式的集热器，并且可以水平安装，简化安装支架，减少安装场地面积，避免集热器影响建筑外观，在太阳能和建筑结合方面具有较强的适应性，但其安装程序比热管式真空管集热器复杂，接口较多，运行中有漏水隐患，系统维护成本相对较高。
太阳能供热和空气源热泵对比
缺点：需要消耗电能， 在低温环境下效率较低， 安装需要一定的空间。
太阳能供热和空气源 热泵供热的比较
能耗比较
太阳能供热：利用 太阳能转化为热能， 能耗较低
空气源热泵供热： 利用空气中环保性 等方面进行比较
运行成本比较
太阳能供热：初期投资高，但运行成本低 空气源热泵供热：初期投资低，但运行成本高 维护费用：太阳能供热维护成本低，空气源热泵维护成本高 能耗：太阳能供热能耗低，空气源热泵能耗高
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通过吸收空气中的热能，热泵将热 能压缩并转化为热水。
空气源热泵供热系统可以实现高效、 环保、节能的供热。
空气源热泵供热系统的组成
热泵主机 末端散热设备 控制系统 水路循环系统
空气源热泵供热系统的优缺点
优点：高效节能，运行 费用低，使用寿命长， 维护成本低，适用范围 广。
适用场景比较
太阳能供热：适用于日照充足、气候干燥的地区 空气源热泵供热：适用于气候寒冷、空气湿度高的地区 太阳能供热和空气源热泵供热的比较：适用于不同场景下的选择和使用 适用性比较：根据不同场景和需求选择合适的供热方式
环境影响比较
太阳能供热：无 污染，可再生能 源
空气源热泵供热： 低排放，节能环 保
根据建筑特点和场地条件选用太阳能供热或空气源热泵供热
太阳能供热系统更适合于日照充足、日照时间长的地区
空气源热泵供热系统对环境温度的要求相对较低，可在-10℃以上运行，因此适用于大部分 地区
建筑结构和设计特点也是选用供热系统的考虑因素，如房屋面积、保温性能等
在一些特殊的场地条件，如高层建筑、小型别墅等，需要根据实际情况进行选用
在有充足阳光资源的地区，建议优先选用太阳能供热；在春秋季节或冬季较寒冷地区，建议优先选 用空气源热泵供热。
空气源热泵+太阳能热水系统的效益研究
空气源热泵+太阳能热水系统的效益研究随着气候变化和环保意识的增强，可再生能源和能效化技术成为发展趋势。
本文研究了空气源热泵和太阳能热水系统的优劣之处，并探讨了其效益。
空气源热泵采用空气中的热能，将室外空气抽取并通过热交换器进行加热，再将加热后的空气通过蒸发器回收热量，达到供暖、制冷和热水生产的目的。
空气源热泵的显著优势是能够根据需要快速提供温度可调的暖气、热水和冷气，同时具备高效、环保、安全、省电等优点。
另外，它的安装、使用和维护成本低，占据面积少，可靠性强，适用于多种场所。
太阳能热水系统通过将太阳辐射能转化为热能，将水加热，用于日常生活和制造业。
太阳能热水系统的优势是可再生、清洁、低维护成本、不受能源补贴政策影响等。
然而，由于太阳能热水系统对太阳照射量和温度的依赖性，其经济性和效率往往受到气候条件、容量和性能的限制。
此外，其装置占据面积大，需要配套样板进行保护。
将空气源热泵和太阳能热水系统相结合，可以充分利用二者的优势，改善其缺点，提高其效益。
空气源热泵和太阳能热水系统相结合的优势主要有以下几点：1.稳定性高。
无论天气多么恶劣，空气源热泵均可稳定地采集周围温度，并将其转换成能量，太阳能热水系统也可以稳定地利用太阳辐射能进行加热；2.效率高。
两者的搭配可有效地加强热水供应的能力，提高热回收率，大大降低造成的浪费；3.节能环保。
结合后，无需使用任何化石燃料，减少了温室气体的排放，避免了环境污染和资源浪费；4.省钱实惠。
空气源热泵的使用成本很低，太阳能热水系统的安装和维护成本也较低，两者的搭配可以在大大降低系统的使用成本方面提供帮助。
通过以上的研究，我们可以看出，将空气源热泵和太阳能热水系统相结合是非常有益的。
它们可以充分发挥彼此的优势，减少不足，并提高能源利用效率。
在未来的建筑和工业用途中，这种集成应用将能够获得更广泛的应用。
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太阳能热水工程与空气源热泵机组
摘要：详细介绍太阳能热水工程设计、安装中的一个实际例子。
关键字：太阳能热水空气源热泵
三年前，我们在北京某大医院设计安装了日产30吨热水的太阳能集热供水工程。
从多次用户回访来看，使用效果非常好，一年365天，每天产热水30吨以上，水温不低于设定的45℃。
由于在北京的市区，早已经不允许燃烧煤炭锅炉了，很多单位改用燃气锅炉之后，燃料费用增加数倍，使企业运行成本加大。
从环境保护角度考虑，煤改气的政策是造福于社会、造福于人民的，可从燃气锅炉运行费用来讲，企业成本的确增加很多。
因此，从太阳能集热供水和供热工程所特有的环保性与经济性来看，的确是大有作为，从我们设计、安装过的工程，足以看到其环保性产生的社会效应和经济性为企业产生的巨大经济效益。
这个太阳能热水工程在设计初期，我们根据楼房设计图纸仔细重新进行测绘（很多建筑物在施工期间，多次修改施工图纸，实际尺寸与图纸往往有差距），将修改后发生变化的部分，进行重新标注，便于设计中各部分尺寸的准确性，以利于最后方便组装工作。
在楼房的朝向最佳位置的中间，有一个较大的电梯机房，这样，上午日照偏东一些，西边部分影响日照；下午日照偏西一些，东边部分又影响日照。
当建筑物面积又很有限时，只能够考虑最大限度地利用其建筑面积，按照传统的太阳能热水工程安装方法，根据纬度方式计算联集管角度，联集管每排之间还要留有一定的空间，防止阴影的遮挡问题，加之建筑物形状呈复杂的多边几何形状，十分的不规则，具有一定的设计和施工难度。
经过计算这个医院建筑面积约570平方米，减去电梯机房以及机房阴影部分和后边的20多个空调机组，实际可以使用的面积已不到500平方米了。
在当时，国标《太阳能热水系统设计、安装及工程验收技术规范》GB/T18713-2002虽然刚刚制定但尚未公布。
我们查阅国外的有关资料，看到很多国家早已采用了水平或小角度安装方式，翻译过来看了看，认为有一定的道理。
如：
1、从流体力学分析，水的流动更加通畅，所以沿程损失比较小。
2、集热器系统上下转折路径很少，因此真空管中不易有沉积物。
3、在北方地区的夏季，早晨的太阳是从东北角升起，傍晚是从西北角落下，常规安装的斜置方式的太阳能集热器，有几个小时是照在集热器后面或侧面。
太阳光可以理解为平行光，真空管是圆形的，大多数季节水平放置也照射180º，一天的日照时间更长一些，所以，可以增加吸收太阳的热能（我国南方影响不大，在北方应注意当地冬至季节真空管的阳光遮挡角度冬季日照辐射较弱，与夏季相差较大，越靠北的地区越发明显）。
4、建筑物顶部面积的利用率可高达80％左右，且建筑物顶部受力比较均匀。
我们根据以前在南方安装过的几个太阳能热水工程，采用过0～30°的安装方式，使用已经约一年左右，运行情况及用户反映一切很好。
于是，全部设计工作只能就在这有限的面积上考虑，我们将不规则的面积划分为大小不同的矩形，根据大致区域分为二个流动环路，每个环路的宽度又只能分成二路并联。
采用串并联组合方式，总的集热面积达到了400平方米。
尽管受到电梯机房的一定影响，在春、夏、秋的三个季节大部分日照条件晴好时，大多温度在50℃－75℃范围，总的热效率还是令人满意的，日照条件不好时和冬季，由于采用输出为100KW
的空气源热泵机组做为辅助能源，水温可以根据需要设定。
设计为30吨储热水箱比较重，从建筑力学考虑，放置在楼顶部显然不合理。
允许使用的空间只有在医院的地下室内，循环管路适当增加了一些，但在辅助能源设备上，我们可以得到有利的一面，地下室水箱间附近是锅炉房的冷凝水箱及泵房，冬季有很多湿热需要每天大量排出，这就给使用热泵机组创造了条件。
春、夏、秋季节，热泵机组可以利用大气环境中的弱热，用少量的电能通过压缩机产生高品位的热能，到了冬季，热泵机组可以吸收锅炉房泵房的湿热，在产生高品位的热量同时，将冷凝水通过管路与泵房自动排水系统连接，随时可以排出，泵房的空气也干燥了，热能也被充分利用了，一举两得。
我们使用的热泵机组输入功率将近27KW，输出100KW的热能，同时，还产生约90KW左右的冷气，在夏季，还可以接到周边各个后勤部门使用。
总之，热泵机组的能效比约为1：3.5左右，同时，还可以获得约3倍的冷气。
总之，当投入为1时就可以得到6～6.5倍的效益。
在医院这个太阳能热水工程中热泵机组的效率被充分进行了利用。