浅析热泵和太阳能联供的住宅冷热装置及系统集成技术

　　【摘要】本项目“热泵和太阳能联供的住宅冷热装置及系统集成技术”，核心任务是：以直流变频空气能热泵为核心，结合太阳能、电能及其它能源，向住宅供暖、供冷、生活热水及除湿，如下图，是本项目的典型原理图，本项目着重解决如下几个问题：直流变频空气能热泵向住宅高效供暖;和太阳能及其它备用能源的联动;面向住宅供暖冷及生活热水的系统集成关键技术及工艺。

　　【关键词】热泵太阳能空气能直流变频分户供暖制冷

　　前言

　　当今世界，节能与环保问题日益提上日程。能源是经济和社会发展的重要物质基础，化石能源如煤炭、石油、天然气等常规能源短缺，其不可再生性决定了终有一天将会枯竭;且以燃煤为基础的传统能源所带来的负面影响也越来越不能适应社会可持续发展的要求。从长三角、珠三角的“电荒”，到涉及东北、华东、华南、西南等地区的“煤荒”与“油荒”，传统能源紧缺的“红灯笼”挂遍中国大地。随着能源紧缺的进一步扩大，全民的节能意识也得到了很大的提高。节能不再只是作为一种宣传口号被传播，而是切实地被各地的政府等相关职能部门提上了日程。能源危机的警钟唤起了人们对能源战略应用的重新思考，同时也将人们的目光引向了新型能源的开发及利用，基于此空气能行业不断加强对热泵和太阳能联供的住宅冷热装置及系统集成技术的研究。

　　空气能与太阳能

　　空气源热泵的热能主要来自空气中的热能，而空气中的能量最终来自于太阳辐射能的积累，因此也有人称这类热泵为间接太阳能，相比于地源热泵、水源热泵，空气源热泵最不受地理条件的限制，工程设计上不存在不确定因素，安装简单方便，易于维护,非常适合在家庭系统中使用，空气源热泵的缺点是受环境气候的影响明显，冬季空气的温度、湿度都对制热效率有重大影响，也存在噪音、冷凝水排放等问题，在早期欧洲市场上以地源/水源热泵为主，近几年随着空气源热泵技术的发展，其能效缺点得以克服，安装及维护的便利性促使空气源热泵在住宅类项目中，其使用比例越来越高。

　　空气能热泵的应用范围受到气候条件的约束，其工作效率与工作温差成反比。随着室外温度的降低，用户的需热量不断增加，空气源热泵的制热量反而随之减少;即工作温差越大，工作效率越低,因此空气能热泵的关键技术在于:

　　1)提高其工作效率,即制热能效比;

　　2)拓宽其对气候的适应范围;

　　太阳能作为一种可再生的清洁能源具有其它能源无可比拟的优势。我国太阳能资源十分丰富，绝大部分地区年平均日辐射量在4kwh/㎡.d以上，全国2/3以上地区年辐照量大于502万KJ/㎡,年日照时数在2000小时以上。太阳能取之不尽用之不竭，处处均可开发应用，无需开采和运输，不会污染环境和破坏生态平衡，符合国家倡导的“建设资源节约型、环境友好型社会”的要求，具有良好的节能减排效果，太阳能技术是可再生能源应用的主要应用方向之一，太阳能应用中的一些难点是：

　　(1)太阳能的能流密度低，集热器实际采集到的太阳能辐射照度不高;

　　(2)太阳能因地而异，因时而变，太阳辐照度全年变化大，一般夏季最大、春秋季节次之、冬季最小，而热水的需求量刚好与太阳的辐照度相反;

　　(3)太阳能具有间歇性和不可靠性，受气候条件等各种因素的影响不能维持常量，特别是连续的阴雨天气。

　　空气能热泵技术和太阳能技术都存在着一定的局限性，如果空气能热泵系统与太阳能系统能够联合使用，互相弥补自身的不足，则可大大提高资源利用率，达到最大限度的节能效果。

　　热泵和太阳能联供的住宅冷热装置及系统集成技术创新点在于：

　　(1)通过直流变频、智能控制等技术，实现从-25℃到43℃环境条件下正常工作;

　　(2)通过双系统设置，实现低温冷水除湿和高温冷水供冷的两级冷源，夏季制冷高效节能;

　　(3)通过超低噪声高可靠性的压缩机技术、超低噪声高效率风扇换热技术，明显降低了室外主机噪声。

　　(4)本技术在国内外首创应用在家庭住宅，实现制冷、采暖、生活热水、除湿多联供，节支节能;

　　(5)采用能源优先等级智能自动控制的集中供暖控制，次序为：太阳能→热泵→其它辅助能源，舒适节能;

　　(6)热泵室外机组内部结构制造工艺改进和技术创新突破，室内机组的创新工业设计;

　　(7)针对住宅建筑特点及使用特点，在空气源热泵和地板采暖、风机盘管中央空调制冷、内置盘管换热器储热水箱的系统集成应用中，分析了从热源、室内散热末端、管路系统、控制系统设计、安装、维护过程中存在的问题，在水力系统的适应性、管路布置、冷凝水处理、适合家庭的超薄风机盘管、防风雪蚊虫的热泵整机结构等方面提出了创造性的解决方案，使得这一成果能顺利走向实际应用，具有大范围推广的可行。