太阳能热水装置集成应用

为了获得稳定的热水供应，家用太阳能热水器通常配有辅助热源，其中采用电热元件辅助电加热的方式最为常见。近年来，采用其他辅助热源的太阳能热水系统的开发成为行业技术发展的热点课题，采用空气源热泵或燃气加热装置的方案较为常见。国内外企业对太阳能热水器、空气源热泵热水器以及燃气热水器之间的两两组合和三单元组合系统，进行了一系列的研究和开发。

空气源热泵的工作原理是利用环境空气作为低温热源，通过蒸汽压缩式热泵循环将来自低温热源的热能温度升高到可以利用的温度。与电热元件相比，在额定运行条件下，热泵的电力消耗约为电热元件的1/4。由此可见，与采用电热元件作为辅助加热装置的系统相比，太阳能—空气源热泵组合系统的电费支出仅为前者的1/4，为电热水器的1/10左右。利用热泵作为辅助热源，安装位置较为灵活，仅需通风良好。

空气源热泵的运行性能主要受蒸发器进风温度的影响，日照条件对热泵的供热能力没有影响。在进风温度较低时，热泵的制热能力和热力效率会明显下降。因此，标准型空气源热泵一般只适宜在进风温度≥-7℃的条件下运行。此外，作为辅助热源，空气源热泵的制造成本较高。

燃气热水器的热输出能力不受日照和气象条件影响，由于热输出功率较大，能够快速响应热负荷变化。在多数情况下，即使太阳能热水器无法运行，作为辅助热源的燃气热水器仍可以快速输出热水，而且系统造价低廉。但是，燃气热水器的运行费用较高，燃气的燃烧产物会产生一定的环境污染，烟气中的CO等物质具有较强的危险性，需要严格控制浓度。此外，燃气泄漏可能导致火灾等事故。

现有的空气源热泵或燃气热水器通常是按照单独使用的要求设计的。当这些热源装置作为系统单元组合运行或者与太阳能热水器组合运行时，可能会产生以下新的问题：

——不同单元间的运行参数不同，尽管某个单元处于正常状态，但是可能导致其他单元进入非正常运行状态;

——某个单元发生故障时，故障的影响可能通过相互之间的接口传递，使影响扩大;

——不同的单元具有不同的运行特性，运行状态的优化程度对其使用性能和运行费用的影响较大;

——热源装置组合之后，可能导致某些运行条件与单独使用时有较大差异，进而使得相应的热源装置处于非正常运行状态;

——组成热水系统的各热源单元的容量配置的合理性，也是需要考虑的重要问题，过高的配置可能影响系统的经济性，而过低的配置则可能导致热水供应能力无法达到预期使用要求。

采用空气源热泵或燃气加热装置作为太阳能辅助热源，可以对太阳能热水器的技术经济性产生显著影响。然而，当一些按独立运行要求设计的热源装置组合运行时，这些装置相互之间的影响可能是不良的，必须认真处理。为了提高系统的技术经济性、安全性和可靠性，诸如降低太阳能保证率、超温限制、减少燃气加热装置最小温差以及应对燃气泄漏的安全设计等措施在系统设计和安装过程中需要得到妥善考虑。