太阳能与空气源热泵供暖供热水系统
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。
浅谈太阳能—空气源热泵并联供热系统
浅谈太阳能—空气源热泵并联供热系统作者：王玉芳来源：《城市建设理论研究》2013年第22期摘要：文章主要是通过对太阳能空气源热泵并联供热系统的介绍，对并联系统从不同的分析角度进行详细的介绍和分析，分析了太阳能集热系统的特点以及作为辅助供热的作业流程，同时又从空气源热泵机组的特点和作为辅助作业流程的角度对系统进行了分析。
结合洗浴中心浴室的太阳能空气源热泵系统进行了分析，又结合具体的工程案例对并联系统进行了简单的介绍，让设计人员对于太阳能空气源热泵并联供热系统的动态特性有深入的了解，最后对这个系统进行了简单的总结。
关键词：太阳能—空气源热泵；供热系统；系统模拟中图分类号： TU833+.1 文献标识码： A 文章编号：一、前言太阳能——空气源热泵是现代一种新型的空调供热技术，这种技术能够将太阳能技术以及热泵很好地结合在一起，通过两个技术的结合能够很好地解决空气源热泵在低温状态下的性能以及结霜等问题，这个系统的主要优点是节能、高效，同时由于是利用太阳能，所以在很大程度上很受人们的关注。
文章就从这个系统的优点和特性出发，结合工程的实例，具体的又结合了特定地区的太阳能空气源热泵并联供热系统在特定的时间内的运行状况，对系统进行分析最终得到了一些系统的动态热力参数，最后对这个系统进行总结分析。
二、太阳能—空气源热泵并联供热系统形式太阳能—空气源热泵并联供热系统并不是一个直膨胀式的并联供热系统，这个系统的最大特点是利用太阳能进行工作，太阳能能够集热器以及空气源热泵通过并联的形式向采暖的地方进行持续的供热，同时能够将热器收集起来的太阳能直接的送到需要的室内，这样就能够弥补空气源热泵供热方面的严重不足，图1就是太阳能—空气源热泵并联供热系统的工作流程图：图1太阳能—空气源热泵并联供热系统的工作原理图以下介绍的是太阳能一空气源热泵并联供热系统的详细的作业流程：1、首先当供给室外的环境温度在白天的时候比较高的话，太阳能—空气源热泵的供热系数一般都是比较大的，同时制热量相对较高，这样就可以使得空气源热泵能够单独的对供给房进行持续供热。
“空气源热泵、(太阳能)、地暖”组合系统
“空气源热泵、(太阳能)、地暖”组合系统在建筑能耗中，使用能耗约为建造能耗的15倍左右，而在使用能耗中又以采暖和空调能耗为最高，特别在北方寒冷地区，供暖能耗几乎占总使用能耗的35%。
因此，供暖系统的节能是建筑节能减排的一个重要领域。
目前我国部分地区采用了可再生能源，如地源热泵技术、水源热泵技术、太阳能热水以及空气源热泵技术，并取得了可观的节能减排的效果。
空气源热泵技术可以不受地面环境和地质条件的限制。
在我国寒冷地区、夏热冬冷地区许多工程应用实践表明：该项技术在冬季可提供50℃左右的低温热水。
空气源热泵节能性体现在，它可从室外空气中获取大量大自然的免费能源，并通过电能将其转移到室内。
它的节能原理是，使用1份电能，可以同时从室外空气中获取2份以上免费的空气能，能产生3份以上的热能。
空气源热泵技术在国内的最新进展是：采用高压腔直流变速压缩机或喷气增焓技术等。
这些技术的采用可使低温启动更佳，使运行范围扩大到-20℃，根据室外气温自动调节，可使舒适性和节能性最大化。
2008年空气源热泵也和太阳能一样被欧盟指定为可再生能源。
进入2000年，随着热泵技术的成熟，在欧洲形成了将热泵技术应用于低温辐射式地板采暖的热潮，至今已经销售几十万套。
欧洲EN14511标准就是出台于这种情况下。
低温热水地面辐射采暖技术的最新进展是：散热效率提高，热媒水温可低于50℃，进回水温差可控制在5℃以内;升温响应时间快，可控性高。
如预制沟槽薄型地面辐射采暖，其进水温度35℃;回水温度31.12℃.在空气基准温度20℃的条件下，实验室检测散热量值，可达每平方米100瓦。
通过缩小加热管管径，增大加热管网敷设密度。
以大流量、小温差、低水温进行辐射供暖。
测试数据表明“散热末端温度越低，系统热效率越高，热损失越小。
因此，用该技术与空气源热泵组成采暖系统，是确保该采暖技术节能能效比高的关键技术之一。
太阳能热水技术在国内外也取得了新的进展，热效率更高。
空气能+太阳能节能热水系统工程设计施工方案
太阳能+空气能节能热水系统工程设计施工方案甲方:乙方:日期：年月日本合同依据《中华人民共和国合同法》并结合本工程具体情况，经甲乙双方协商，本着平等友好、互惠互利的原则达成如下协议：中央热水系统（含自动化供水系统）工程项目清单如下：我方本次报价包括楼面系统主要设备费用，楼面系统安装、调试、优化设计等费用。
贵单位只需把水、电送到水箱安装位置三米以内，我方负责整个热水系统的安装和优化调试、培训。
注：1. 此报价项目有美的空气源热泵机组5匹2套（型号：RSJ-200/MS-540V1）、空气源热泵循环系统、热水恒温恒压供水自动化系统等。
2.甲方提供水(冷水补水/热水出水/房间回水口)、电至屋面指定位置，并提供施工用水用电，我方负责整个热水系统的设备提供、安装、调试、培训等（含峰谷电优化控制使用）。
系统二增加太阳能节能系统方案（10组太阳能）热水工程报价明细表项目名称：xx酒店太阳能节能热水系统工程设计方案[货币单位：人民币元]注： 1、上表中CMS智能控制系统包括主机、传感器、部分屏蔽线等；2、概算中的循环泵可依实际情况进行调整；太阳能热水系统安装效果图：空气能+太阳能总价为：元。
二、运输、安装及验收：1、由甲方通知乙方备货并明确提货和安装日期，甲方通知可进场安装后15日内安装完毕（可根据甲方施工进度调整）。
2、由乙方负责安装、调试。
（调试范围：屋面热水系统）3、甲方在乙方施工前，将与机组相匹配的水、电源接到乙方指定安装机组所需的位置。
甲方在乙方施工前，负责清除施工现场的障碍物，使现场具备施工条件。
机组安装位置，如需得到消防、环保、物业部门认可时，由甲方负责办理，并承担相关费用。
乙方施工期间应遵守消防、环保、物业等有关部门的规定。
4、产品经乙方安装完毕，甲方应在七个工作日内验收完毕，否则视为默认验收。
（如对质量有异议时，应在签收时注明）。
竣工验收不合格，如系乙方施工质量达不到标准的要求，乙方必须无偿返工，并承担返工所造成的损失及逾期竣工的责任。
27070338_太阳能-空气源热泵耦合供暖系统组合形式
太阳能作为一种清洁能源，愈发被人们重视，充分利用太阳能来满足建筑所消耗的大量能耗，具有较好的社会效益和经济效益。
空气能作为低品位能源，具有方便易得、无任何污染等优点，但存在环境适应性问题。
空气源热泵技术是一种成熟并被广泛使用的空气能利用技术手段，但在低温环境下，空气源热泵系统很难达到高效节能。
太阳能是间歇性的，能量密度低，并且分布不均匀。
将两者有效结合成一种新型加热系统，效率将大幅度提升。
根据空气源热泵和太阳能集热器之间的组合形式可分为两类：一类是直接膨胀式，另一类是非直接膨胀式。
在非直膨式太阳能热泵系统中，太阳能与空气源热泵系统分为3种方式：串联、并联和混联。
一、直接膨胀式耦合功能系统
直接膨胀式耦合供能系统原理是将供能的蒸发器用太阳能集热器代替。
高温高压气态工质从压缩机出来，然后通过冷凝器中释放热量，经过膨胀阀后在太阳能集热蒸发器内吸收热量，进而将热量从室外传递到室内。
这种形式的系统由于受太阳辐射影响比较大，具有不稳定性。
直接膨胀式耦合热泵系统结构如图1所示。
图一 直接膨胀式耦合热泵系统图
太阳能-空气源热泵耦合供暖系统组合形式
空气源热泵的优势，在未来推广上更好发展。
农村地区“太阳能+空气源热泵”采暖系统案例分析
太阳能+Solar energy +摘要：本文以保定农村地区“太阳能+空气源热泵”采暖系统示范点为案例，介绍一种将太阳能技术和空气能技术有机结合在一起、利用空气源热泵与之联合运行、辅助供暖的采暖技术实施方案。
系统分析了其设计方案、技术参数、经济效益、技术优势等特点，为北方农村推广“太阳能+空气源热泵”采暖提供了参考。
关键词：农村；太阳能；空气源热泵；采暖1 前言目前，我国北方地区清洁采暖比例较低，特别是部分农村地区冬季大量使用散烧煤采暖，污染物排放量大，已成为我国北方地区冬季雾霾的重要原因之一。
《北方地区冬季清洁采暖规划（2017-2021年）》明确提出：“农村地区应优先利用地热、生物质、太阳能等多种清洁能源供暖，有条件的发展天然气或电供暖，适当利用集中供暖延伸覆盖。
2019年，清洁采暖率达到20%以上；2021年，清洁采暖率达到40%以上”[1]。
在诸多采暖方式中，太阳能采暖技术是最为绿色、清洁的采暖方式。
太阳能采暖系统是指以太阳能作为供暖系统的热源，利用太阳能集热器将太阳能辐射能转换成热能，供给建筑物冬季供暖和全年其他用热的系统。
在我国北方农村地区大力推广太阳能采暖系统成为优选。
但是太阳能受昼夜、季节、纬度和海拔高度等自然条件限制和阴雨天气等随机因素影响较大，而且太阳能热流密度低，因此若要实现较高的采暖保证率，所需太阳能集热面积及储热容量均较大。
结合农村居住建筑的实际需求和经济条件，从控制成本、便于推广的角度来看，太阳能与其他可再生能源相结合，是降低采暖系统生命周期费用的有效途径。
[2-4]本文以保定某地“太阳能+空气源热泵”采暖系统试点为案例，对其系统设计、运行效益、技术特点等进行了研究分析。
2 项目概况河北省印发了《河北省农村地区太阳能取暖试点实施方案》，并确定石家庄市、阜平县要先行试点示范。
“太阳能+空气源热泵”采暖系统试点位于河北省保定市阜平县某农村居民住宅。
阜平县气候为大陆性季风气候，暖温带半湿润地区，冬季寒冷、干燥、少雪，年均气温为12.6℃。
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。
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太阳能与空气源热泵供暖供热水能源监控与管理系统新时空（北京）节能科技有限公司2009-7目录一、项目概况................................................................................. 错误!未定义书签。
二、能源监控与管理系统选型......................................................... 错误!未定义书签。
三、BEMS系统功能设计 ............................................................... 错误!未定义书签。
1、组态画面图例： ................................................................................................................ 错误!未定义书签。
2、节能与减排数据分析计算依据 ....................................................................................... 错误!未定义书签。
四、各系统监控方案....................................................................... 错误!未定义书签。
（一）暖通空调系统监控............................................................................................................. 错误!未定义书签。
1、太阳能集热、供热、蓄热................................................................................................ 错误!未定义书签。
2、热泵空调............................................................................................................................... 错误!未定义书签。
3、末端冷/温水循环系统 ........................................................................................................ 错误!未定义书签。
（二）安全与简易运行模式......................................................................................................... 错误!未定义书签。
（三）计量系统 ............................................................................................................................. 错误!未定义书签。
（七）集中管理 ............................................................................................................................. 错误!未定义书签。
五、总体效果................................................................................. 错误!未定义书签。
1、高效性 ....................................................................................................................................... 错误!未定义书签。
2、安全性 ....................................................................................................................................... 错误!未定义书签。
4、控制节能效果........................................................................................................................... 错误!未定义书签。
六、控制点数表.............................................................................. 错误!未定义书签。
附件一、设计总则.......................................................................... 错误!未定义书签。
1、系统设计原则........................................................................................................................... 错误!未定义书签。
2、设计依据................................................................................................................................... 错误!未定义书签。
附件二、新时空BEMS能源监控与管理系统的特点 ........................ 错误!未定义书签。
1、控制系统技术领先................................................................................................................... 错误!未定义书签。
2、网络可靠，结构简单 .............................................................................................................. 错误!未定义书签。
3、先进的系统软件与操作显示画面.......................................................................................... 错误!未定义书签。
4、显著的节能降耗作用 .............................................................................................................. 错误!未定义书签。
5、良好的开放性........................................................................................................................... 错误!未定义书签。
附件三、暖通空调水系统图 ............................................................ 错误!未定义书签。
一、项目概况本项目是承德市一家房地产公司，由于城市热力管网达不到开发的小区住宅，因此采用太阳能供暖供热水的方案，结合地源热泵技术和楼宇自控系统。
设计符合《智能建筑设计标准》和《公共建筑节能设计标准》的相关要求，在提供一个人工模拟冬季环境的同时，利用太阳能和热泵空调给建筑供暖、供生活热水。
本项目建筑为的5000平米的居住房，要求自控系统要完成三个方面的任务，一是对各类机电设备实施合理、有效控制，使设备正常完成工艺要求（温度、流量、热能、空气质量），同时做到节能、安全控制；二是对节能效果进行计量确认，并统计汇集成报表；三是对各类能源的终端设备系统集成在同一平台下集中管理。
根据清华大学建筑学院建筑技术科学系韩综伟博士后提供的设计方案、以及相关专业的国家标准进行本系统的设计。
本系统监控范围包括以下部分：太阳能集热系统生活热水供水系统太阳能蓄热系统蓄热水池供暖/供生活热水系统水源热泵供暖系统空气源热泵供暖系统二、能源监控与管理系统选型选用新时空（北京）节能科技有限公司的BEMS能源管理与管理系统（以下简称BEMS系统），其主要由中央操作站、现场控制器(DDC)和各种前端传感器、执行机构等组成。
中央操作站WindowsXP或LINUX操作系统为运行环境，运行BEMS系统软件。
系统的通讯网络采用符合工业标准的以太网，使网络的构建更简单、可靠，其灵活性及容错性是用户完全可以信任的。
所用现场控制器(DDC)主要采用BSS单元控制器，均是独立工作及配备免维护后备电池，所有资料、数据及程序均不会因停电和网络故障等因素而消除。
所用前端产品的电气接口和安装方式均符合国家标准或行业标准，测量和控制精度不低于Ⅰ级标准。
以太网10/100 Mbps总线，支持TCP/IP协议，I/O总线允许分离放置输入/输出模块BEMS系统是一个采用以太网和TCP/IP网络技术的智能监控系统，通过适当的连接设置，经过安全授权的用户就可以在世界上任意一个地方通过网络监视和管理系统。
系统组成方便灵活，可以根据现场情况作出最经济合理的配置方案，从而达到最优化系统配置，从而大大降低了系统的整体成本。
三、BEMS系统功能设计根据智能化工程建设总体规划的要求，并依据相关图纸所提供的能源监控与分析设计要求等相关资料，结合本项目自身的具体特点，利用新时空（北京）节能科技有限公司BEMS系统的先进控制技术和节能技术，为用户设计出一套现代化的智能建筑能源监控与管理系统。