關于太陽能與空氣能熱水系統結合的應用與研究

陳月妃

摘 要：本文就太陽能與空氣能熱水系統結合應用實例展開分析，并對太陽能與空氣能熱水系統結合領域研究進展進行了簡單論述，希望論述內容能夠為相關業內人士帶來一定啟發。

關鍵詞：太陽能；空氣能；采暖

前言：太陽能與空氣能均屬于可再生能源范疇，單獨使用具備較高局限性也是兩種熱源共同具備的特點，而為了突破太陽能具備的間歇性和稀薄性不足、解決空氣能冬季效率低下問題，正是本文圍繞太陽能與空氣能熱水系統結合開展具體研究的原因所在。

1.太陽能與空氣能熱水系統結合應用實例

為提升研究價值，本文選擇了位于我國廣西桂柳地區的某小區三室兩廳居室作為研究對象，由此開展了太陽能與空氣能熱水系統結合的應用實踐研究，

1.1初步方案

1.1.1結合原理

對于本文研究的太陽能與空氣能熱水系統結合應用來說，這里的結合需要得到太陽能、空氣能、儲熱水箱、循環水泵、暖氣片、管網、控制系統的支持。在太陽能與空氣能熱水系統結合應用中，空氣能在太陽輻射足夠情況下無需啟動，而當太陽能輻射不足、出現陰雨雪天氣時，空氣能子系統將自動啟動，由此即可始終滿足房屋的生活熱水和供暖需求。

1.1.2安裝方案

研究對象住宅面積為106m2、實際采暖面積62m2、建筑外墻為240mm磚墻，圖1為太陽能與空氣能熱水系統結合安裝方案，房屋的陽臺不屬于供暖區域。在安裝方案中，選擇了中科藍天壁掛式集熱式太陽能熱水器，并使用了該熱水器自帶的80L承壓水箱，集熱面積為1.44m2的平板太陽能集熱板掛于房屋的陽臺外，空氣能熱水器則安裝于樓層東北角外平臺。結合q=45W/m2冬季供暖標準，可以確定空氣能壓縮機輸出功率為2700w，如果房屋每天供暖15個小時，其每天最大制熱量需求為40500W[1]。

1.1.3供暖末端選型及計算

銅鋁復合暖氣片具備易維護、散熱快優點，暖氣片的單片高度為1800mm，分別裝于客廳、餐廳、臥室1、臥室2、臥室3的墻上，考慮到衛生間的特殊性，特別為其配置了銅鋁復合小背簍散熱片。由于選用的銅鋁復合暖氣片為單根1800mm暖氣片，因此結合房間面積最終確定了客廳安裝7片、餐廳安裝5片、臥室1安裝6片、臥室2安裝4片、臥室3安裝3片。

1.2實現方案

對于本文研究的太陽能與空氣能熱水系統結合應用來說，如何最大化發揮太陽能與空氣能的聯合效應屬于研究重點，因此設計人員確定了將空氣能熱水器置于太陽能熱水器后端的設計，由此即可保證空氣能熱水器在太陽能熱水器正常工作時無需耗電加熱，太陽能的最大化利用也將有效實現能源消耗的降低，圖2為太陽能與空氣能熱水系統結合實現方案。結合圖2不難發現，方案中的空氣能熱水器冷水口與太陽能熱水器出水口相連，臥室1通過單向閥與太陽能冷水口相連，空氣能熱水器的熱水口直接連接供熱末端，由此太陽能與空氣能熱水系統結合應用形成了高水準的熱水循環，房屋的生活熱水和供暖需求由得到了較好滿足。值得注意的是，在圖2所示方案的熱水使用中，太陽能和空氣能的兩極加熱能夠有效避免注水帶來的熱水溫度下降，生活熱水和供暖熱水需求得到了更高水準滿足[2]。

太陽能與空氣能熱水系統結合應用的實現需要涉及管道的預埋，這一預埋使用了特厚20（4分）規格的PPR等徑彎頭38個、DN20（4分管）規格的過橋彎10個、全銅20（塑）×1/2（絲）規格的PPR內牙2個、全銅20（塑）×1/2（絲）規格的PPR內牙彎頭16個、PPR雙頭活接規格的銅球閥3個、4分止回閥規格的單向閥5個、24V揚程水泵規格的增壓閥1個、304不銹鋼波紋管規格的進水軟管3個、6分全銅球芯角閥規格的角閥6個、4分全銅大流量球芯閥規格的三角閥10個、4分全銅三通接頭規格的三通接頭10個。

2.太陽能與空氣能熱水系統結合領域研究進展

隨著科學技術的快速發展、人們環保意識的不斷增強，近年來我國太陽能與空氣能熱水系統結合領域研究取得了較為喜人的成果，應用范圍廣泛化、關注冬季采暖等均屬于這類成果的典型表現。

2.1應用范圍廣泛化

《船舶太陽能空氣能聯合熱水控制系統設計》、《基于能量優化配置的空氣能輔助太陽能熱水系統的研究》、《太陽能-空氣能集熱蒸發器現狀與發展方向分析》、《太陽能-空氣能雙熱源溫室加熱控制系統設計》均屬于近年來我國太陽能與空氣能熱水系統結合領域研究取得的成果，而結合這類研究展開分析不難發現，船舶熱水供給、能量優化配置、集熱蒸發器、雙熱源溫室加熱控制系統均屬于近年來太陽能與空氣能熱水系統結合研究的熱點領域，例如，在張辰開展的《船舶太陽能空氣能聯合熱水控制系統設計》研究中，該研究圍繞船舶太陽能空氣能聯合熱水系統的硬件設計、熱水控制系統軟件程序及監控系統設計、恒壓供水系統模糊控制及控制系統的測試分析開展了深入研究，這一研究有效提升了該領域研究深度；而在劉承容開展的《基于能量優化配置的空氣能輔助太陽能熱水系統的研究》中，空氣源作為太陽能的輔助熱源的熱水系統基本理論、空氣源熱泵輔助太陽能熱水系統設計、系統的控制系統研究、系統能量優化運行模式研究和效益分析屬于其中的主要研究內容，這些同樣大大豐富了該領域的研究。

2.2關注冬季采暖

在近年來太陽能與空氣能熱水系統結合領域研究中，二者結合開展的供暖也受到了學界高度關注，《太陽能空氣能地板供暖系統的設計》、《淺析江淮地區太陽能和空氣能聯合供暖的經濟效益》、《壁掛式太陽能空氣集熱器最佳供暖方式研究》、《太陽能和空氣能聯合供熱水、供暖系統方案設計》均屬于其中代表，例如，在曾玲開展的《太陽能空氣能地板供暖系統的設計》研究，該研究涉及了太陽能空氣能熱水系統的設計計算、太陽能空氣能地板供暖系統的仿真分析，最終確定了10kW空氣能熱泵和8m2平板太陽能集熱器能夠在20年中節省29958元人人民幣；而在郭藝丹等人開展的《淺析江淮地區太陽能和空氣能聯合供暖的經濟效益》中，該研究對太陽能和空氣能聯合供暖控制系統原理、運行成本分析開展了深入研究，研究最終確定了江淮地區平均每天供暖所需成本為3.29元，這一結論直觀證明了太陽能與空氣能熱水系統結合在冬季采暖領域的應用價值。

結論：綜上所述，太陽能與空氣能熱水系統結合應用具備較高現實意義。而在此基礎上，本文涉及的廣西桂柳地區某小區三室兩廳居室研究實例，則證明了研究的價值。因此，在相關領域的理論研究和實踐探索中，本文內容能夠發揮一定參考作用。

參考文獻：

[1]張東鳳，劉永華，趙夢龍.基于太陽能-空氣能雙能源溫室加溫的試驗平臺設計及節能效益分析[J].江蘇農業科學：1-4.

[2]熊帝戰，楊旭東，王鵬蘇.太陽能空氣-熱水兩用集熱器設計與實驗研究[J].太陽能學報，2017，38（04）：1117-1122.