空氣源熱泵+太陽能熱水系統的效益研究

張軍

摘要：通過對幾種常見的熱水系統的具體分析，我們發現，太陽能+空氣源熱泵年消耗的費用較低，年運行費用也相對較少，這在一定程度上表示了空氣源熱泵對于太陽能熱水系統的輔助功能逐漸成效，同時這方面專業技術條件還處于可行狀態，在節能減排的基礎上還可以做到增加經濟收益，是一種可以推廣的生活用水熱化的系統模式。本文在對空氣源熱泵+太陽能熱水系統做了一定的研究，并進行了相應的利益簡要分析。

關鍵詞：效益研究；空氣源熱泵；太陽能熱水系統

隨著人們的生活水平日漸提高，因此對于日常使用的生活用品要求也日漸升高，家庭熱水的使用量也逐年增加，在生活熱水能耗居高不下的狀況下，尋找最優的生活熱水制備的方法便是如今關注的焦點。在全球變暖的大環境下，是否能找到節約能源消耗、保護環境的安全的技術方法，如何改變當前能源消耗現狀也迫在眉睫[1]。

一、常用熱水系統場所的特點分析

在人們的日常生活中，對于熱水量的需求在日漸增加，不單是提供熱水洗浴或大型商務酒店等地會大量使用熱水，更多的小區、學校都開始提供了熱水服務，通過實地調查，表示一般賓館、酒店等大型營業場所采用的不是中央熱水系統，但剩余的一些小區住宅及商場、學校等密集場所已經都開始采用節能環保的太陽能熱水系統。

二、太陽能、空氣熱源泵的基本介紹

太陽能資源是大自然賦予人類的珍貴寶藏，有著取之不盡用之不竭的優點，政府也在積極出臺了對于利用太陽能的相關條例，規定了一部分住宅要按照規定，統一安裝太陽能熱水系統，最大程度的開展對太陽能資源的利用情況，在太陽輻照充足的情況下，太陽熱水系統的優勢十分顯著，其可以僅消耗水泵的能源，使得其他的耗能基本為零。但同時我們也不得不承認太陽能自身帶著不可避免的硬性缺點，介于它的不確定性，會有可能受到天氣原因的影響，從而導致輻照量不足，無法形成完整的用水加熱需求[2]。

空氣熱源泵是以環境空氣中豐富低品位太陽潛能作為其能源，特點是任何地方都有，可以隨時用隨時取走。同時也還不會受到天氣陰晴變化的影響，所以其在供熱方面的使用利用率很高，工藝研制的技術也相對成熟。但由于在室外溫度隨著季節變化，會伴隨著一定的變化，在室外溫度開始降低的同時，熱泵的供熱量也會隨之減弱，當遇到更嚴重的零下天氣時，容易因結霜情況的發生使機器機組損壞，因此此系統有一定的使用局限性[3]。

三、空氣熱源泵與太陽能熱水系統結合的特點介紹及效果說明

太陽能集熱器及輔助加熱空氣源熱泵機組是中央熱水系統的主要組成部分，其他用于輔助功能的設備還包括太陽能循環水泵、儲熱水箱及連接管道控制器等。

空氣源熱泵輔助太陽熱水系統的運行基本有四種情況：

（一）太陽能集熱器直接加熱生活用水。在日照充足的白天，太陽能資源較為方便收集，通過系統的控制器來調節使得太陽能熱水循環泵啟動，讓太陽能儲熱水溫達到一定的溫度，這樣的熱量收集都來自于太陽能的利用，因此能耗最少。

（二）空氣源熱泵輔助太陽能集熱器加熱生活用水。在一些陰雨天氣的時候，太陽能資源不充足，不足以加熱生活用水。水箱感溫元件會自動檢測水溫不足同時開啟空氣源熱泵機組加熱，在空氣能的作用下使溫度達到一定的設定值，從后機組自動關閉，這種模式是日常系統工作中使用最頻繁的工作狀態。

（三）太陽能和熱泵組同時加熱生活用水。在太陽能輻照基本良好的時候，如果對于熱水的需求量過大，太陽能集熱系統不足以滿足使用需求時，太陽能和熱泵機組則可以同時啟動工作來滿足用水需要。空氣能屬于太陽能的輔助供給，在可以保證水溫的情況下，為太陽能提供后續資源支持，在盡量節省空氣源的情況下使用太陽能資源。

（四）空氣源熱泵機組直接加熱生活用水。如果遇到持續的陰雨天氣或雨雪天氣，太陽能輻照量不足以啟動加熱系統，則只能完全由空氣源熱泵機組提供用水加熱工作，此情況是完全靠熱泵機組工作，消耗相比較最大。

四、空氣源熱泵+太陽能熱水系統的效益研究

（一） 浙江地區氣候特點

浙江位于我國東部沿海，處于歐亞大陸與西北太平洋的過渡地帶，該地帶屬典型的亞熱帶季風氣候區。氣候特點可以概括為：季風較為顯著， 四季分明，全年溫度相對適中， 太陽光照較多， 雨量豐沛， 空氣屬于濕潤地帶， 雨熱季節變化同步，氣候資源配制多樣。

（二）從經濟性分析空氣源熱泵+太陽能熱水系統的效益

我們日常生活中，生活熱水的溫度一般在40℃-60℃之間左右，這種熱能的需要屬于較低溫度的熱能需要，如果大量利用電能或燃氣等能源來滿足生活熱水使用則有些大材小用，所謂“殺雞焉用宰牛刀”，可見這種模式是極為不合理的。

因此國家相應文件也明確提出法律法規，在建筑物的設計方面要加大、強制使用太陽能熱水系統，使用太陽能復制空氣源熱泵系統來實現對于能量消耗的降低使用，在基本技術已經設計選擇之后，還要進行分析其經濟性的相關情況。在工程經濟學中，常用動態投資法來評價系統的經濟性。在其中可以假設利率，來估算系統的使用年限、使用費用等，最后得出年費用，來進行各個熱水系統的年使用費用。系統的總投資主要包括設備的親前期準備工作費用，再者系統的運行費用指在使用系統中的維護及能耗費用等，進行完整的一套模擬計算。通過對各種方式的研究分析發現，太陽能+空氣源熱泵年消耗費用最低，年運性的費用也相對較少，可見此方案選擇的經濟性最好，可以實現用較少的投入來滿足最少的能源消耗情況。

（三）從節能環保性分析空氣源熱泵+太陽能熱水系統的效益

由于各種能源消耗的增加，大量的燃料燃燒釋放出的CO2急劇增加，使得空氣環境污染嚴重，同時能源的不可再生性也讓熱水系統使用的成本也日漸提高，這一資源的消耗即無法保證長久的熱水使用又對環境造成了極為嚴重的影響。經過對于幾項消耗能量的方案分析，發現空氣源熱泵+太陽能熱水系統的消耗最低，其特點是可以減少CO2的排放，在不同天氣的變化中也可以切換模式及時做出反應。節能環保是當今社會不變的熱點話題，在日常的使用減少建筑消耗，保障環境的質量安全對于日后的發展有著重要意義。

五、結語：

空氣源熱泵+太陽能熱水系統是目前年消耗最少的一種模式，在專業技術方面也有了較為成熟的技術支持，其帶來了不光是經濟上的節省同時還減少了有害氣體的排放，兩個系統的完美組合也實現了靈活運用科學技術的重要性，雖然此系統存在著投資有些高的問題存在，但從長遠打算考慮，再結合其他的因素影響，此系統仍是保證人們日常熱水需求的正確選擇。

參考文獻：

[1]虞良偉.空氣源熱泵原理及應用[J].價值工程，2018，37（32）：153-155.

[2]聞旭強，鄭文亨.空氣源熱泵熱水系統研究現狀及展望[J].節能，2018，37（12）：117-121. DOI：10.3969/j.issn.1004-7948.2018.12.038.

[3]韓喜蓮，朱垚宇，李超， 等.太陽能-空氣源熱泵供暖系統研究[J].低溫建筑技術，2018，40（11）：118-120. DOI：10.13905/j.cnki.dwjz.2018.11.032.