太阳能辅助热泵冷热水一体机装置关键技术研发课题总结

太阳能辅助热泵冷热水一体机装置关键技术研发

负责单位：浙江理工大学

协作单位：浙江地源能源环境有限公司

组织立项单位：浙江省住房和城乡建设厅

组织验收单位：浙江省住房和城乡建设厅

证书编号：浙建（科）验字〔2011〕号

验收时间：2011-10-13

小型中央空调近几年发展迅速。“水系统”小型中央空调是由热泵产生冷热水，与室内空气进行热量交换，产生冷热风，从而消除房间空调负荷。热水供应目前占据了家庭及商业用户能源消耗中的不小的部分，国内家庭所需要的热水大部分通过专门的热水器(如电热水器、燃气热水器等)获得。这些装置都是采用高品位的能量来换取同等数量的低品位热量，理论上是不合理的。这就使研究和开发新型热水系统为用户提供温度40～50℃的生活热水显得非常有意义。太阳能热水器是太阳能热利用方面应用最为广泛的一种形式，但存在热量不稳定、需要辅助热源的缺点。在此背景下，热泵热水器应运而生。热泵热水器利用消耗小部分电能得到热量，其效率高，运行稳定可靠，是一种新型节能产品。

太阳能是可再生能源的一种形式，空气中的能源其源头也是来自太阳能，欧盟已经将空气源热泵作为可再生能源利用的一种形式，享受政府补贴。本项目采用太阳能集热器和空气源热泵有机结合，夏季提供空调冷水和生活热水，冬季提供空调热水和生活热水，达到一机多能高效互补的目的。

太阳能辅助热泵冷热水一体机具有实用性、节能性、经济性的优点。该装置将空调、热水器一体化设计，实现了一套设备多种使用功能，其采用的一些技术稳定可靠。该装置通过太阳能热利用与热泵技术有机结合，弥补常规太阳能热利用方式的不足，充分发挥各自的优势。全年优先使用太阳能提供热水。同时，系统采用热回收换热装置，在夏季制冷时对冷凝热进行回收，免费提供生活热水。采用冷凝水回收装置，对制冷剂进行冷却，提高制冷系数。

其工作原理如下：夏季通过太阳能集热器加热水箱中的水，提供家庭生活热水，空气源热泵提供空调冷冻水，同时利用空气源热泵制冷过程产生的冷凝热回

收装置来制取家庭生活热水，弥补梅雨季节后期太阳能低密度的缺陷，制冷工况时生活热水免费提供。冬季优先使用太阳能提供生活热水，在太阳能无法提供足够的热量的时候，空气源热泵运行满足系统供热和生活热水的供应。春秋季节太阳能辐射密度随机性较强，系统优先使用太阳能提供生活热水，在太阳能不足的情况下，采用空气源热泵提供热水，从而在满足全天候供应热水需求的基础上体现节能的优点。

本项目采用金属平板式太阳能集热器，由于采用金属管从而可以承压运行，耐腐蚀、不泄漏、不爆管。集热器性能稳定、集热效率高，便于与建筑一体化配合。冷凝热回收板式换热器设置在压缩机出口，制冷工况下制冷剂在进入翅片式冷凝器之前，先进板换进行预冷却，同时提供免费生活热水。冬季制热工况下，制冷剂从压缩机出来，先进板换提供生活热水，再进另一板换，提供空调热水。过渡季节在太阳能不足的情况下，热回收板式换热器作为系统冷凝器，提供不足的生活热水所需的热量。采用化霜储液器，解决了制冷制热时的制冷剂不平衡问题，化霜时制冷剂全部能投入循环，加快了化霜速度。本项目采用了空调冷凝水回收冷却装置，将空调冷凝水通过套管换热器用于冷却制冷剂从而达到提高制冷效率的目的。

该装置经过实验室测试，其综合能效比超过《冷水机组能效限定值及能源效率等级》GB19577—2004 中规定的一级能效标准。与其他常用系统相比较，虽然初投资为最大，但其运行费用是最低的，如果仅按生活热水节约的费用计算系统投资回收期约为 5.5年，按照制冷效率提高及热水费用计算投资回收期约为4年。获得国家授权专利2项。

由周鑫发等七位专家组成的验收组认为：项目结合夏热冬冷地区的气候特点，将太阳能集热器和空气源热泵有机结合，通过系统配置、余热回收、化霜储液、运行控制、冷凝水热回收等技术的应用，对机组性能及技术经济指标等方面进行了研究，完成了显热回收系统、冷凝水热回收利用、化霜储液器等关键技术的研发。经实验室应用，系统稳定可靠，可再生能源的利用率高，综合节能效果明显；成果有利于与建筑结合，在夏热冬冷地区具有广阔的推广前景。成果处于国内领先水平。