所属栏目：推荐论文发布时间：2011-06-25浏览量:374
太阳能与空气源热泵热水器在住宅中运用的比较
赵长城
摘要 太阳能热水器与空气源热泵热水器在住宅热水系统运用的比较，对空气源热泵热水器的新的认识。
关键词 太阳能热水器 空气源热泵热水器 比较
Guan Dan Ju
2.Nanjing Architectural Design Consulting Co., Ltd. Towns
Key words :Solar Water Heater Air source heat pump water heater Comparison
随着能源紧缺的进一步扩大，全民的节能意识也得到了很大的提高。节能不再只是作为一种宣传口号被传播，而是切实地被各地的政府等相关职能部门提上了议事日程。南京市建委、规划局、房管局、建工局四部门今年联合发文，明确要求从2008年2月1日起，市城镇区域内尚未申请施工图设计文件审查的新建12层及以下住宅，新建、改建、扩建的宾馆、酒店、商住楼等有热水需求的公共建筑，在非特殊情况下必须统一安装太阳能热水器。12层以上新建居住建筑应用太阳能热水系统的，必须进行统一设计、安装太阳能热水系统。 规定要求如符合以下条件之一可以不安装：因建筑朝向、间距等规划原因，无法满足太阳能热水系统有效日照条件的；采用地源、空气源、生物源等其它可再生能源技术，且降低能耗综合效能不低于其它同条件应用太阳能热水系统的；采用高于50%节能标准的低能耗节能建筑，且综合降低能耗不低于其它同条件采用太阳能热水系统的就可以不安装太阳能。 这种情况下如果不做太阳能热水系统，就必须要我们寻找新的低能耗节能产品，目前在住宅热水设计中空气源热泵热水器是公认的低能耗节能产品。 现对太阳能与空气源热泵热水器在住宅中的运用做比较。
一、 太阳能热水器
1、住宅太阳能热水器组成：太阳能热水器通常由集热器、绝热贮水箱、连接管道、支架和控制系统组成。
按使用分类，可分为季节性热水器、全年性热水器以及有辅助热源的全天候太阳能热水器。按集热器原理和结构可分为平板型热水器和真空管热水器。按工质流动方式不同，一般分为闷晒型、循环型和直流型三种。
太阳能集热器是太阳能热水器接收太阳能量并转换为热能的核心部件和技术关键，其造价约占太阳能热水器总造价的二分之一左右。全玻璃管式太阳能热水器根据热介质的不同又可分为全玻璃真空管集热器和热管真空管（玻璃金属结合）集热器两种。它们的主要关键部件是真空集热管或热管真空集热管。
2、太阳能热水器的原理主要包括：
1．循环原理：利用冷水比热水密度大，冷水下沉，热水上升，形成自然对流循环、使水箱中的水逐渐变热，达到顾客满意的水温为止。当太阳强度不足以满足循环需要的时候，可以在水循环闭路加一水泵，实现强制循环。
2．集热器吸热原理：太阳能热水器的集热器表面，有一特殊的涂层，此涂层对太阳能可见光范围具有很大的吸收率，吸收为热以后，集热器的散热热辐射波长在长波范围，该涂层对长波的发射率很低，这样就有效的“滞留”了太阳能的热量。
水循环的具体过程是：水在集热器表面受热膨胀，密度变小，而循环回路中的“冷水”密度较大，热水上升至保温水槽，冷水下降进入集热器受热，如此循环。水流方向如下图肩头所指。
3、住宅太阳能热水系统分类
住宅太阳能热水系统根据目前我国的设计和建设情况可以分为三种类型：集中太阳能热水系统、集中-分散太阳能热水系统和分散太阳能热水系统。集中太阳能热水系统是系统中的太阳集热系统、补热装置和贮热水箱都集中设置，集中供应一栋或几栋居住小区所需热水的系统。集中-分散太阳能热水系统则是系统中的太阳集热系统是集中设置的，而补热和部分贮热装置是分散到每栋建筑或每用水户建筑内的热水供应系统。分散太阳能热水系统是指采用分散的太阳能集热器和分散的贮热水箱和补热装置供给各用水户的热水供应系统。各类系统中又根据供应的生活热水和太阳集热器中的传热工质的关系分为直接式和间接式的太阳能热水系统。各种类型的太阳能热水系统适应了不同要求的用户和不同的热水计费、收费方法，是适合我国国情的，在相当长的时间内，这种情况将共存延续。
4、太阳能热水器的主要优缺点：
(1)普遍：太阳光普照大地，无论陆地或海洋，无论高山或岛屿，都处处皆有，可直接开发 和利用，且勿须开采和运输。?
(2)无害：开发利用太阳能不会污染环境，它是最清洁的能源之一，在环境污染越来越严重 的今天，这一点是极其宝贵的。?
(3)巨大：每年到达地球表面上的太阳辐射能约相当于130万亿t标煤，其总量属现今世界上 可以开发的最大能源。?
(4)长久：根据目前太阳产生的核能速率估算，氢的贮量足够维持上百亿年，而地球的寿命 也约为几十亿年，从这个意义上讲，可以说太阳的能量是用之不竭的。?
太阳能资源虽然具有上述几方面常规能源无法比拟的优点，但作为能源利用时，也有以下缺点：
? 太阳能的收集和转换技术，目前尚跟不上太阳能利用的要求，年平均集热效率低，只能是“靠天吃饭”受天气变化影响很大，夏季和冬季集热量相差很大，晴天和阴雨天也相差很大，长期阴雨天，特别在冬季能集得的热量就很低，所以太阳集热器的年平均集热效率只是25%~50%，太阳能热水系统的太阳能保证率也只能是30%~80%。再加上目前太阳能集热器的集热速度慢，集热时间拖的很长，这样集热过程中的贮热和补热问题很关键。
二、热泵热水器
1、住宅热泵热水器组成：家用空气能热泵热水器的组成主要有两部分：一是热泵主机也叫外机，其构造主要由压缩机和蒸发器组成。介质与空气的热交换通过主机实现，介质快速蒸发汽化会大量吸收空气中的热量，这就是热泵热水器省电的根本所在。二是热泵热水器的水箱，她和其他类型热水器的水箱功用相似都是作为储备热水所用，只是其构造和大小不同，热泵水箱内有长度不等的工质铜管盘旋在内部，高温的介质在铜管内流过实现了高温工质和水箱中水的热交换。同时，热泵热水器水箱一般都是承压的内胆，可以保证用水时水压充足，能够进行中央供热水。
2、热泵热水器工作原理
热泵热水器的原理源于十九世纪早期卡诺发明的逆卡诺循环原理。它是通过大面积的吸热装置吸取空气中的热量，再通过工质传送，经压缩机做工将温度提升，在水箱中利用热交换器把热量释放在水中，热泵热水器所消耗极少量电能来带动机器运转，是用于搬运和提升热量的（而传统电热水器是将电能转换为热能来加热水的），因此在18°C的天气，热泵热水器的能耗只是电热水器的1/4。
3、家用空气源热泵热水器优缺点
(1)、环保 使用空气源热泵热水机组对大气及环境无任何污染，而且能源消耗极低，属于绿色环保型产品，符合目前我国能源和环保的基本政策。
(2)、省钱 中央热水机组安装在室外，不占有效建筑，可节省土建投资；运行附加费用少，无需燃料输送和保管；无须复杂的维护、检修；无须专人看管。另外节能效果明显，投资回报期短。
(3)、安全 中央热水机组无需燃料输送管道及燃料储存，没有燃料泄漏、火灾、爆炸等安全隐患。机组内设有高压保护、低压保护、压缩机过流过载保护、启动延时、水流超高温保护、水箱水位保护等多重安全保护，从根本上杜绝漏电、干烧、超高温等安全隐患。
(4)、方便 机组全自动智能控制，严寒的冬季可以自动化霜。安装在室外，无需另置机房。模块化设计，安装方便。
(5)、适用范围广 产品适用于-7~40摄氏度，一年四季全天候工作，不受阴雨等恶劣天气的影响。
(6)空气源热泵热水器缺点
虽然是一效果明显的节能产品，但仍然要消耗一部分电能，这也是其使用区域性障碍的原因；较低气温（-10度左右，其COP值（制热性能系数）接近等于1，没有节能意义；比其它热水器相比较，价格较高；体积较大，安装地方有限制，外机只能安装在阳台和卫生间的外面，外机和水箱之间距离不能超过3米。室外机有噪音问题，会对相邻住户产生影响。
三、太阳能热水器与空气源热泵热水器受室外环境因素的影响
空气源热泵热水器与太阳能热水器都是利用自然环保能源产生热水的装置，但它们有着本质的区别。空气源热泵热水器是以空气热量为能源的，它获取能量的方式是主动的，因而不受阴天下雨白天黑夜影响。太阳能热水器获得能量的方式是被动的，它依靠太阳光直接辐射才有较好的效果，因而有时它需要依赖电和其他辅助加热。
四、空气源热泵、太阳能热水器的空气源热泵、太阳能热水器对住宅建筑造型影响空气源热泵、太阳能热水器对住宅建筑造型影响安装
1、空气源热泵的安装：每户要有空气源热泵室外机放置位置，热水水箱布置的位置如果放置室内，必然占了室内建筑面积，对于房价那么高的市场，也就是无形增加了用户的成本，放置在室外建筑专业要处理好外立面美观等一些问题 。
2、太阳能热水器的安装：
安装应考虑固定牢固和结构安全、防风、防雷及屋面排水等因素。
固定在屋面防水层的上面，防止破坏防水层导致屋面渗漏。具体做法：在屋面上直接浇注混凝土墩台，在墩台上预埋膨胀螺栓。墩台的位置：墩台的应做在结构墙体的上面。严禁在楼板上直接浇注（容易超载，引起楼板变形，渗漏）。墩台的大小依据当地风荷载的大小经抗风验算后确定。为了增加稳定性，宜多户联合浇注为联体式墩台。在墩台上预留泄水孔，保证屋面排水畅通。
防雷安全措施 安装在屋顶的太阳能热水器，一般都超过了屋顶女儿墙的高度，因此原先设计的屋顶防雷系统对太阳能热水器无效。在后安装太阳能热水器的建筑上，应考虑防雷措施。
对于设计阶段统一考虑安装太阳能的建筑，设计时应统一考虑固定、防雷等措施。建筑设计时就要 考虑屋面布置太阳能热水器位置，考虑好与建筑设计的一体化。
五、空气源热泵、太阳能热水器适用性和舒适性
常规太阳能产品受天气影响明显，阴雨天、下雪天、夜晚就不能工作，而热泵热水器不管阴天、雨天、下雪天、夜晚或阳光明媚都能照常工作，全天候提供热水。空气源热泵热水器适应性强，几乎不受天气影响，以全天候产热水，不论刮风下雨白天黑夜，一天24小时生产供应热水。而太阳能热水器只能是晴天产热水，下午及晚间使用，
其它天气及夜晚早晨用热水都需要靠其他能源，在全国的很多地区太阳能热水器的电辅助装置工作时间要超过3小时。
热泵热水器储水箱较小：太阳能热水器的储水箱要按全天最大供热水量配置，而空气源热泵热水器因可在任何时候产热水，水箱配置仅为最大供热水量的50～70%℅即可满足要求。
六、家用空气源热泵热水器与太阳能热水器等其他热水器经济、性能的比较
空气源热泵热水器设备成本收回约7年，太阳能热水器成本收回约6.5年。（设备使用寿命15年）
七、总结：
1、空气源热泵热水器与太阳能热水器都是节能产品，在住宅热水系统应用没有问题。
2、对人们生活品质上、维修方面、设备安装上空气源热泵热水器要优于太阳能热水器。
3、 对相邻关系影响空气源热泵热水器要差于太阳能热水器。
4、 一次投资空气源热泵热水器高于太阳能热水器，运行成本投资空气源热泵热水器低于于太阳能热水器。
5、 热水使用方便是空气源热泵热水器，它几乎能保证全天候24小时热水供应；太阳能热水器一般是晴天白天蓄热，下午才能开始供应热水。
建筑是人类生活的空间载体，太阳是人类生存的能量源泉。我们建筑设计立足于将两者结合，力图在现有太阳能、空气源建筑理念及相关以技术与建筑结合为突破点，开拓新的设计理念，探索新能源作为一种永续能源在人类生活中所发挥作用。