_太陽能集熱器_空氣源熱泵熱水機(jī)_熱水系統(tǒng)問題及對策_(dá)高維庭

1、“太陽能集熱器空氣源熱泵熱水機(jī)”熱水系統(tǒng)問題及對策福建經(jīng)福建筑設(shè)計工程有限公司高維庭摘要“太陽能集熱器空氣源熱泵熱水機(jī)”熱水系統(tǒng)當(dāng)前普遍存在著單位熱水耗電量偏高，系統(tǒng)能效比偏低的問題，其主要原因是熱水系統(tǒng)的集成不合理，系統(tǒng)的控制方法落后，管材及其配件選用不合理和保溫性能差等，只要采取正確的對策和有效措施，就能解決這些問題，實現(xiàn)真正的太陽能優(yōu)先、節(jié)能的太陽能熱水系統(tǒng)。關(guān)鍵詞太陽能集熱器空氣源熱泵熱水機(jī)單位熱水耗電量集成控制方法管材及其配件引言在國家太陽能應(yīng)用政策的鼓勵和推動下，近幾年“太陽能集熱器空氣源熱泵熱水機(jī)”熱水系統(tǒng)（簡稱太陽能熱水系統(tǒng)）發(fā)展迅速，在建筑、教育、衛(wèi)生領(lǐng)域的別墅、住宅、學(xué)校、

2、醫(yī)院等的熱水工程中得到大量的應(yīng)用和推廣。其應(yīng)用規(guī)模，已經(jīng)從單個系統(tǒng)的日供熱水量幾百、幾發(fā)展到幾十、幾百，集成系統(tǒng)的熱水供應(yīng)面積也從單棟的幾百、幾千的別墅、住宅發(fā)展到幾萬、幾十萬的別墅群、高層住宅和住宅小區(qū)。然而，這種“太陽能集熱器空氣源熱泵熱水機(jī)”熱水系統(tǒng)當(dāng)前普遍存在著單位熱水耗電量偏高，系統(tǒng)的能效比偏低的問題。其主要原因是：）系統(tǒng)的集成不合理。系統(tǒng)的主要部件，如太陽能集熱器、儲熱水箱、循環(huán)泵、輔助熱源等選型不合理、不匹配。）系統(tǒng)的控制方法落后。不能做到太陽能優(yōu)先，造成輔助熱源（空氣源熱泵熱水機(jī)或電加熱）運(yùn)行時間過長，超過預(yù)定值。）系統(tǒng)的安全部件、管材及其配件選用不合理，造成爆管，系統(tǒng)不能正常

3、運(yùn)行。）系統(tǒng)的保溫性能差。問題及對策太陽能熱水系統(tǒng)的單位熱水耗電量偏高，系統(tǒng)能效比偏低太陽能熱水系統(tǒng)使用單位，時有抱怨“太陽能熱水系統(tǒng)不節(jié)能”，其實質(zhì)是說該系統(tǒng)的單位熱水耗電量偏高，甚至高于全部由空氣源熱泵熱水機(jī)供熱水的耗電量。筆者在文獻(xiàn)中提出“究竟各種太陽能熱水系統(tǒng)的耗電量指標(biāo)、能效比應(yīng)為多少？如何評定一個太陽能熱水系統(tǒng)的節(jié)能性？”的問題，并對“太陽能集熱器空氣源熱泵熱水機(jī)”熱水系統(tǒng)的單位熱水耗電量、系統(tǒng)能效比進(jìn)行了計算分析和討論，列出了我國個主要城市單位熱水年均、月均耗電量和能效比。本文將文獻(xiàn)中表“加熱熱水的耗電量（溫差）”的太陽能熱水系統(tǒng)年平均耗電量、年平均能效比摘錄如表所示。對照表，實

4、際太陽能熱水系統(tǒng)工程的年均、月均單位熱水耗電量普遍偏高、系統(tǒng)能效比偏低。對策：太陽能熱水系統(tǒng)的單位熱水耗電量是評價該系統(tǒng)是否節(jié)能的硬指標(biāo)。雖然現(xiàn)在還沒有熱泵熱水機(jī)能效等級（）的國家標(biāo)準(zhǔn)，也沒有太第屆全國建筑環(huán)境與設(shè)備技術(shù)交流大會文集空調(diào)制冷高維庭，男，年月生，教授級高級工程師福州倉山區(qū)金港支路號泰園號樓（）：收稿日期：表太陽能熱水系統(tǒng)加熱熱水的年平均耗電量（溫差）年平均室外氣溫晴天陰天年平均耗電量（）年平均能效比全熱泵耗電量（）北京福州廣州?？诤贾莺戏蕽?jì)南昆明蘭州南昌南京南寧上海太原天津武漢西安鄭州全由電輔助加熱耗電量（）注：）加熱熱水的耗電量（溫差）是“太陽能集熱器空氣源熱泵熱水機(jī)”熱水系統(tǒng)

5、在集熱器標(biāo)準(zhǔn)配制面積條件下的耗電量。）晴天系統(tǒng)耗電量是“太陽能集熱器空氣源熱泵熱水機(jī)”熱水系統(tǒng)的循環(huán)泵有電耗、熱損失時的每耗電量。）晴天系統(tǒng)能效比是“太陽能集熱器空氣源熱泵熱水機(jī)”熱水系統(tǒng)的循環(huán)泵有電耗、熱損失時的系統(tǒng)能效比。）陰天全熱泵耗電量是“太陽能集熱器空氣源熱泵熱水機(jī)”熱水系統(tǒng)，陰雨天太陽能集熱器停止工作，全部由熱泵加熱時有電耗、熱損失的耗電量。）全由電輔熱加熱耗電量是熱水全部由電加熱，有熱損失時的耗電量。陽能熱水系統(tǒng)的能效比（）的國家標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計、使用和施工單位仍要實施和完善對太陽能熱水系統(tǒng)的單位熱水耗電量的計量和監(jiān)測。針對“太陽能熱水系統(tǒng)的單位熱水耗電量偏高，系統(tǒng)能效比偏低”的問題，

6、綜合分析系統(tǒng)集成、控制方法、配件選用、保溫等原因，進(jìn)行綜合治理，以達(dá)到太陽能熱水系統(tǒng)的年平均單位熱水耗電量低于、系統(tǒng)能效比高于表所示的數(shù)值。系統(tǒng)的集成不合理文獻(xiàn)詳盡地論述了太陽能熱水系統(tǒng)的太陽能集熱器配置、空氣源熱泵熱水機(jī)配置、貯熱水箱和恒溫水箱容積的確定、不同類型的太陽能系統(tǒng)。然而在太陽能熱水系統(tǒng)的設(shè)計、施工和使用中，突出地存在如下問題：）太陽能集熱器配置面積偏小。太陽能集熱器配置面積與太陽能保證率成正比，但在實際太陽能熱水系統(tǒng)工程中，往往取太陽能保證率的低值，甚至低于當(dāng)?shù)氐奶柲鼙ＷC率的低值來配置太陽能集熱器。結(jié)果太陽能集熱器配置面積偏小，太陽能熱水系統(tǒng)不能充分地利用太陽能，輔助熱源運(yùn)行時

7、間延長，系統(tǒng)不節(jié)能。）空氣源熱泵熱水機(jī)不是按“每天運(yùn)行時間最好為，不超過”配置，有的單位為了減少投資讓熱泵按每天運(yùn)行超過，甚至運(yùn)行配置。結(jié)果，不僅空氣源熱泵熱水機(jī)的使用年限降低，還因空氣源熱泵熱水機(jī)的配置數(shù)量不足，在冬季陰天由于熱泵的性能系數(shù)（）降低，造成熱水供應(yīng)量不足，無法滿足用戶熱水的需求。）貯熱水箱和恒溫水箱容積設(shè)置不合理。太陽能熱水系統(tǒng)供應(yīng)熱水方式有兩種：分時段供應(yīng)熱水、連續(xù)供應(yīng)熱水，如圖所示。分時段供應(yīng)熱水系統(tǒng)設(shè)貯熱水箱，連續(xù)供應(yīng)熱水系統(tǒng)設(shè)貯熱水箱和恒溫水箱。對貯熱水箱和恒溫水箱容積的基本要求是“貯得下、用得好”。所謂“貯得下”是指水箱的容積不要過小，貯不下經(jīng)太陽能集熱器加熱后產(chǎn)生的

8、熱水，未能充分利用太陽能；“用得好”是指水箱的容積要適當(dāng)，不會因容積過大使水箱內(nèi)的溫度低于設(shè)定的溫度，造成輔助熱源提前超時運(yùn)行，太陽能熱水系統(tǒng)不節(jié)能?，F(xiàn)在太陽能熱水系統(tǒng)水箱設(shè)置的傾向是水箱容積過大?？照{(diào)制冷暖通空調(diào)年第卷增刊 圖 分時段定溫加熱熱水系統(tǒng)圖 分時段溫差加熱熱水系統(tǒng)圖不間斷連續(xù)供熱水系統(tǒng)水箱容積過大，如分時段供應(yīng)熱水系統(tǒng)中的貯熱水箱容積、連續(xù)供應(yīng)熱水系統(tǒng)中的恒溫水箱容積按日熱水量設(shè)定，太陽能熱水系統(tǒng)即使在夏季晴天也要開啟輔助熱源以維持水箱內(nèi)的水溫。由于水箱容積過大，太陽能輻照量無法在之內(nèi)將水箱內(nèi)的水加熱到設(shè)定溫度，這也是為什么許多太陽能熱水系統(tǒng)即使在夏天月份，空氣源熱泵熱水機(jī)也要不

9、停地運(yùn)行。在連續(xù)供應(yīng)熱水系統(tǒng)中，貯熱水箱的容積大于恒溫水箱的容積，貯熱水箱的容積為太陽能集熱器的熱水產(chǎn)量，貯熱水箱和恒溫水箱的總?cè)莘e約為日用熱水量的。如果貯熱水箱的體積過大，則恒溫水箱就不能及時得到經(jīng)太陽能集熱器加熱后的熱水補(bǔ)充，溫度下降，空氣源熱泵熱水機(jī)被迫開啟，造成不必要的浪費。對策：正確設(shè)置水箱的容積，并且要做到分時段供應(yīng)熱水系統(tǒng)中的貯熱水箱水位、連續(xù)供應(yīng)熱水系統(tǒng)中的恒溫水箱水位可調(diào)可控，達(dá)到太陽能集熱器的熱水產(chǎn)量、水箱的水位和熱水使用量之間的平衡，真正實現(xiàn)太陽能優(yōu)先。系統(tǒng)的控制方法落后現(xiàn)在許多太陽能熱水系統(tǒng)，太陽能集熱器側(cè)采用溫差控制，用戶側(cè)采用定溫控制，貯熱水箱和恒溫水箱采用定容積或

10、分幾擋水位的水箱。其控制方法是傳統(tǒng)控制組件，如溫度開關(guān)、接收控制器或其他電子機(jī)械組件等，成為目前太陽能熱水系統(tǒng)控制的常用模式。這種控制方法，由于難以實現(xiàn)太陽能集熱器的熱水產(chǎn)量、水箱的水位和熱水使用量之間平衡，達(dá)不到“貯得下、用得好”的目的，造成太陽能熱水系統(tǒng)不是太陽能優(yōu)先，不節(jié)能。對策：由于太陽能輻照量一年四季是變化的，即使晴天的早晨、中午、晚上也在變化，因此太陽能集熱器的熱水產(chǎn)量是變化的。又由于用戶熱水使用量在不同時段是不同的，這就要求貯熱水箱、恒溫水箱的水位也要變化以達(dá)到太陽能輻照量、水箱水位和熱水使用量之間的平衡。要實現(xiàn)這個平衡，需要采用更先進(jìn)的控制系統(tǒng)，如（直接數(shù)字控制）控制系統(tǒng)，利用

11、微信號處理器來執(zhí)行各種邏輯控制功能，實現(xiàn)太陽能優(yōu)先、真正節(jié)能的太陽能熱水系統(tǒng)?？刂葡到y(tǒng)還可實現(xiàn)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸和監(jiān)控。系統(tǒng)的安全部件、管材及其配件選用不合理，造成爆管，系統(tǒng)不能正常運(yùn)行）太陽能集熱器、集熱器側(cè)循環(huán)泵選型不當(dāng)某學(xué)生宿舍的太陽能熱水系統(tǒng)，采用工作壓力為的全玻璃真空管集熱器，集熱器循環(huán)泵揚(yáng)程為，集熱器側(cè)管路連接為下進(jìn)上出的溫差控制循環(huán)系統(tǒng)。由于循環(huán)泵揚(yáng)程過高，超過了全玻璃真空管集熱器的承壓能力，導(dǎo)致夏季經(jīng)常爆管。對策：不要為了節(jié)省投資，選用承壓能力過低的全玻璃真空管集熱器。另一方面，要特別注意選用小揚(yáng)程大流量的熱水泵作為集熱器循環(huán)泵，這既可以保證集熱器安全運(yùn)行，又可以節(jié)省電力。）建筑入戶

12、管給水壓力過高某住宅小區(qū)，其太陽能熱水系統(tǒng)為“間接式集中集熱、分戶貯水、獨立計量”系統(tǒng)，輔助熱源為分戶電加熱。該小區(qū)給水系統(tǒng)在每棟樓設(shè)一套“智能第屆全國建筑環(huán)境與設(shè)備技術(shù)交流大會文集空調(diào)制冷變頻恒壓供水裝置”，實測有的入戶給水壓力高達(dá)。給水壓力超過的用戶，當(dāng)輔助電加熱開啟后，因水溫上升，分戶貯熱水箱內(nèi)的壓力會急速上升，并超過，導(dǎo)致水箱破損。室內(nèi)分戶貯熱水箱超壓破損，不僅給住戶帶來經(jīng)濟(jì)損失，還嚴(yán)重威脅到人生安全。對策：嚴(yán)格執(zhí)行建筑給水排水設(shè)計規(guī)范（年版）第條“居住建筑入戶管給水壓力不應(yīng)大于”的規(guī)定，采取相應(yīng)的減壓措施。）集熱器側(cè)管道選材不當(dāng)某住宅小區(qū)，其太陽能熱水系統(tǒng)為“分戶陽臺壁掛式太陽能集熱器空氣源熱泵熱水機(jī)”熱水系統(tǒng)，因集熱器側(cè)管道為塑料管材，經(jīng)常爆管。太陽能集熱器悶曬時，開式系統(tǒng)溫度可達(dá)，閉式系統(tǒng)可以達(dá)到，甚至更高。而各種塑料管材的最高使用溫度為，一般是。當(dāng)液體介質(zhì)在太陽能熱水系統(tǒng)的集熱器管路中循環(huán)不暢時，各種塑料管材會因溫度、壓力過高而爆管。對策：各種塑料管材不能在太陽能熱水系統(tǒng)的集熱器側(cè)管路敷設(shè)中使用，可選用紫銅管、不銹鋼管、熱浸鍍鋅鋼管。對閉式系統(tǒng)，還要安裝安全閥、自動排氣閥、膨脹罐等裝置。結(jié)語針對太陽能熱水系統(tǒng)的集成不合理、系統(tǒng)的控制方法落后、管材及其