0 引言
在能源危机和环境污染双重压力下，太阳能逐渐成为可再生能源中最引人注目、研究开发最多、应用最为广泛的清洁能源。在太阳能技术的研究利用中，太阳能热水系统是太阳能利用中最成熟、最具经济性的利用方式，同时也是最具有竞争力的绿色能源技术。近几年国家和地方政府纷纷出台相应的政策法规，鼓励或规定在建筑中优先使用太阳能热水系统。而空气源热泵技术也是一种很好的节能型供热技术，是利用少量高品位的电能作为驱动能源，从低温热源空气中高效吸取低品位热能，并将其传输给高温热源，以达到加热目的。随着人们对获取
生活用热水的要求日趋提高，具有间断性特点的太阳能难以满足全天候供热。要解决这一问题，空气源热泵技术与太阳能利用相结合无疑是一种好的方法。
1 空气源热泵技术
空气源热泵技术是基于逆卡诺循环原理实现，热泵热水机组工作时，蒸发器吸收环境热能，压缩机吸入常温低压介质气体，经过压缩机压缩成为高温高压气体并输送进入冷凝器，高温高压的气体在冷凝器中释放热量来制取热水，并冷凝成低温高压的液体。后经膨胀阀节流变成低温低压液体进入蒸发器内进行蒸发，低温低压液体在蒸发器中从外界环境吸收热量后蒸发，变成低温低压的气体。蒸发产生的气体再次被吸入压缩机，开始又一轮同样的工作过程。如此重复达到不断制热的目的。
空气源热泵工作原理如图1 所示。
2 太阳能与空气源热互补热利用技术
常规太阳能热水系统易受气候的影响，在阴雨天或春秋季，太阳辐射能热量较少，较难满足热水量的需求，不能全天候使用，也影响了太阳能热水系统的推广应用。空气源热泵作为节能设备具有独特优势，它可以节省高品位电能，降低化石类能源的消耗，减少环境污染。空气源热泵是以空气为热源，通过输入少量的高品位能源（电能）来实现低品位热能向高品位热能转移的热泵系统，空气源热泵仅消耗少量的电能可以将数倍低温热能通过压缩机的压缩变为高温热能。因此将热泵技术与太阳能热水系统有机地结合，可弥补阴雨天太阳能的不足。太阳能热水系统与热泵互补系统结合了太阳能的清洁性、可再生性和空气源热泵的节能性，是一种节能、无污染的高效能源利用系统。
3 应用案例分析
3.1 项目概况
该工程为浙江大学附属中学，位于杭州市江干区丁桥镇临丁路，建筑为二栋五层学生公寓，一栋两层食堂。该学校主要建筑包括教学及教学辅助用房、办公用房和生活服务用房、地下停车库与地下用房、体育活动场所等。总建筑面积84505m2，其中地上建筑面积55005m2，地下建筑面积29500m2。
该项目热水量为男女宿舍楼各提供55℃热水40t，食堂55℃热水40t。每个宿舍内设有淋浴间，供淋浴及洗手、洗脸用，磁卡表计量。食堂内设有职工淋浴间，供淋浴及食堂刷碗、洗菜用，磁卡表计量。当地的太阳辐射量1163~1393kWh/m2·a，年日照时数为1400~2200h，月平均气温如表1 所示。
3.2 系统介绍
3.2.1 系统原理简述
该项目男女宿舍楼及食堂各设置一个独立的集中生活热水供应系统，采用太阳能辅助空气源热泵24 小时集中供应热水。制取热水的水源为市政自来水（水压为0.3MPa)，太阳能集热系统采用温差循环式加热方式，冷水经过太阳能集热器预
加热后贮存于203的集热循环水箱（A 水箱，闭式水箱），当使用热水时，通过自来水的压力将A 水箱的热水输送到生活储热水箱（B 水箱，闭式水箱），控制系统随时感应生活储热水箱温度，当达不到设定温度时，空气源热泵加热生活储热水箱，使生活储热水箱始终恒温在55℃（可调），保证24 小时热水需求。
自来水的补水设置于A 水箱内，采用自来水的压力将太阳能预热水输送到B 水箱中。热水管道末端设置温度感应点，温度低于设定温度时，回水泵工作，保证打开用水阀门，即开即热。控制系统采用杭州普桑能源科技有限公司设计开发的可编程PLC 电脑控制系统，实现太阳能与热泵互补系统智能、全自动运行。太阳能与热泵互补系统流程如图2所示。
3.2.2 辅助热源形式
辅助热源采用高效节能低温型空气源热泵，男女宿舍及食堂各采用25 匹空气源热泵2 台，总共6 台25 匹空气源热泵。
3.2.3 太阳能集热器形式、集热器面积计算
采用全玻璃真空管集热器集中集热，根据GB50364-2005《民用建筑太阳热水系统应用技术规范》，太阳集热器的总面积计算公式，经计算得: 总面积为AC=697.7m2。
所需太阳能总面积为：697.7m2，但由于屋面面积有限，每套太阳能集热系统集热面积为250m2。男女宿舍楼太阳能集热器分别设置在宿舍楼顶，食堂太阳能集热器设置在食堂楼顶。
3.2.4 系统设备配置
每套太阳能热水系统分别配置250m2 太阳能集热器、2台25 匹低温型空气源热泵、配置2台20t卧式闭式水箱、一套PLC 电脑控制系统。
（1）太阳能集热器
目前国内的太阳能光热元件在国际上处于领先水平,该项目采用高性能全玻璃真空管太阳能集热器，具有密集式排列，吸热快，效率高等优点。太阳能集热器性能规格参数如表2所示。
（2）空气源热泵
空气源热泵热水机组在进水温度、进水压力、环境温度等参数不断变化的情况下，始终保证出水温度恒定在设定值（出厂设定55℃），48~60℃可调。机组开启即有高温热水产生。空气源热泵参数如表3 所示。
（3）储热水箱（见表4）
（4）控制系统
该项目的关键技术在于采用了计算机智能控制技术，太阳能热水系统运行的所有影响因素全部转换成计算机能够识别的信号，输入计算机，并将所有可能出现的情况和在各种情况下太阳能热水系统应该采取的运行指令编制成计算机程序，输入计算机。这样，根据太阳能热水系统实际运行的状况，计算机就会自动分析、判断、处理，自动做出正确的判断和指令，达到充分利用太阳能源，实现热水供应系统的智能化、自动化运行的效果。控制系统参数如表5 所示。
3.2.5 与建筑的结合方式
太阳能集热器布置在学生宿舍楼和食堂的平屋顶，屋顶标高分别为25m、12m，真空管与地面夹角为20°，成排布置，支架采用热镀锌材料，美观整齐，与建筑完美结合。
3.2.6 供水温度
该系统采用24小时供应热水，热水水温控制在55~60℃。
4 系统特点
（1）太阳能加热系统及辅助热泵加热系统均采用闭式系统，全玻璃真空管集热器为非承压集热器，通过板式换热器与承压水箱进行热交换；
（2）与建筑相结合。太阳能系统整体设计，占用屋面面积空间紧凑；
（3）太阳能系统安全可靠。充分考虑了防风、防雷、防冻、抗冰雹、防漏电、防高温，保证太阳能系统安全可靠运行；
（4）系统设置了太阳能储热水箱和恒温水箱，不仅解决了屋面承载能力小的缺陷，而且使太阳能得到充分利用，减少常规能源的消耗；
（5）电脑智能控制，全自动运行。该控制系统将太阳能热水系统运行管理的所有参数，全部编成计算机程序，并通过电脑控制器，真正实现了太阳能系统的全自动智能化运行和24 小时供应热水；
（6）设计了手动及应急操作功能。系统自动运行可以与手动操作功能自由转换，系统循环泵及辅助加热设备可以按需要手动操作，真正体现人性化的操作界面；
（7）热水供水干管定温循环，在使用热水时无需放大量冷水，保证使用者的满意度及舒适度；
（8）采用进口恒温阀，对供热水水温进行控制，防止学生烫伤；
（9）采用全自动红外线感应淋浴喷头，节约水资源。
5 项目安装图
太阳能集热器工程现场
空气源热泵与储热水箱安装图
20t 卧式储热水箱
