医院、酒店等大型中央热水系统应用场所,大多采用太阳能作为其中央热水系统的主要热源。这些场所一般要求卫生热水在一定的时间段内或全天24小时连续供应,为满足太阳能不足时的用热需求,使太阳能集热系统的投资更加经济,通常采用电加热器或电锅炉、燃煤或燃油(气)锅炉、市政热力等作为太阳能中央热水系统的辅助热源。
热泵技术是一种新型的节能制冷供热技术,长期以来主要应用于建筑物的采暖空调领域。因热泵制热在节能降耗及环保方面的良好表现,卫生热水供应系统也越来越多的采用热泵设备作为热源。其中以室外空气为热源的空气源热泵,结构简单,不需要专用机房,安装使用方便,在生活热水供应方面具有不可替代的优势。除了比较大型的空气源热泵热水系统外,现在已很多小型家用空气源热泵热水器也投放市场。但空气源热泵的一个主要缺点是供热能力和供热性能系数随着室外气温的降低而降低,所以它的使用受到环境温度的限制,一般适用于最低温度一10℃以上的地区。
将热泵技术与太阳能结合供应生活热水主要有两种方式:一种是直接以空气源热泵作为太阳能系统的辅助加热设备;另一种是利用太阳能热水为低温热源或将太阳能集热器作为热泵的蒸发器的太阳能热泵系统。前者以太阳能直接加热为主以空气源热泵为辅,解决太阳能供热的连续性问题,但仍旧无法摆脱环境温度对热泵制热性能的影响;后者完全以太阳能作为热泵热源,大大提高了太阳能的利用效率,但太阳能资源不足时仍需要增加其它辅助热源,并且热泵供热能力受太阳能集热量的限制,规模一般比较小。
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,扩大它的使用区域,于是出现了一种适合于低温环境中工作的太阳能一热泵中央热水系统。该系统采用一种新型的低温太阳能辅助的空气源热泵机组和太阳能集热系统结合,低温空气源热泵机组突破了热泵受环境温度等条件约束,解决了传统空气源热泵机组在低温环境下可靠性差和制热效率低的问题,尤其适用于黄河流域、长江以北、华北、西北等地区,大大扩展了风冷热泵机组的应用区域。太阳能和热泵互为辅助热源,最大限度地利用太阳能,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。
太阳能+热泵中央热水系统的实用意义
运行可靠
作为太阳能一热泵中央热水系统的主要组成部分,太阳能和空气源热泵都是技术成熟的节能环保产品。太阳能在生活热水系统中的规模化利用已有20余年的历史,空气源热泵的大量应用也有数十年的历史,太阳能热泵中央热水系统将太阳能与空气源热泵技术有机结合,在不影响二者原有运行功能的条件下,使其运行效率显著提高,从而能够保证系统稳定可靠运行,节约热水系统常规能源消耗。
节能效益
根据我国北方大部分地区的太阳辐照资料,按照卫生热水系统平均耗热量和太阳能集热器日平均得热量确定太阳能热水系统的集热器面积,太阳能一热泵中央热水系统中,太阳能直接加热可满足热水系统全年60%~80%的热量需求,其余20%~40%热量由太阳能辅助加热空气源热泵机组供应,热泵平均COP可达3.0,即其所供应热量有65%以上来自集热器不能直接利用的太阳能和空气热能。在整个系统运行中,集热器吸收的太阳能的利用率接近100%,辅助加热的电力消耗只占系统总能耗的7%~14%,较常规能源的热水系统可至少节能85%以上。
通过上述分析可见,太阳能一热泵中央热水系统是一种性能可靠、环保节能的热水系统形式,该系统只使用太阳能及少量的电能,对环境没有任何污染。在白天最低温度一15%以上、太阳辐照良好的我国大部分地区都可推广应用。统一热水供应,冬天采暖运行时节约常规能源60%以上,在我国大部分冬冷夏热地区,本系统也可与建筑物采暖空调系统结合,发挥最大的节能作用。