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摘要：现代社会的发展使多种资源的利用由构想变为现实，包括风能、潮汐能、太阳能等等，其中太阳能的应用较为广泛，且应用的负面影响极小。基于此，本文重点论述太阳能/空气复合热源热泵热水系统的设计和工作方式，以期为后续工作提供参考。
关键词：太阳能；空气源热泵；热水系统
前言
太阳能与空气源热泵热水系统综合了太阳能集热器与空气源热泵的优点，缺点互补，实现了降低供热能耗的目标。当太阳能可以满足用户热负荷需求时，只需开启太阳能集热器；当太阳能集热器不能满足用户热负荷需求时，则开启空气源热泵，实现系统的全天候稳定供热要求。
1太阳能/空气源热泵复合系统
1.1系统原理
将传统单冷空调系统加以改进，使其具有制取生活热水的功能．并通过合理的旺配，使空调和热水器协调运行．就可以得到集热泵一空调一热水器一体的具有制冷、制热和制热水多种功能的热泵空调热水器．再耦合一套自然循环式太阳能热水系统．使系统能够充分利用町再生资源太阳能，因而系统运行更青能更合理。该技置的系统原理图如图1所示。该系统与传统单冷空调加独立热水器技术方案相比具有如下几个结构特征：
（1）在压缩机1排气口与四通换向阀4入口之间设置了—个热水水箱2（它是由—个热水换热盘管和—个保温水箱组成），压缩机的排气先经过热水水箱预冷，然后再通过风冷换热器继续冷却，相当于系统的冷凝器面积增大了，从而过冷度增大，制冷性能也得到了提高，而同时又回收了部分冷凝热，节能效果显著。
（2）在原来单冷空调基础上增加了—个过滤干燥器8，以防止样机在制热模式下运行时，固体杂质堵塞毛细管，而且可以吸收氟利昂系统中所含的水，防止水分在毛细管中结冰而堵塞。
图1：太阳能/空气源热泵复合系统原理图
1一压缩机：2一热水水箱；3一太阳能集热板；4一四通蕞向阀；5一室外风冷换热暑；6、8一过滤干爆嚣；7一毛知管；q一室内风冷换热蓦；10、11一截止阁；
（3）增加了—个四通阀4。两个截止阀，通过10和11的开启或关闭．可以实现制冷．制热水．制热多种工作模式的切换。
（4）增加了—套太阳能自然循环热水系统，能够充分利用太阳能资源，加热室内生活热水。这些生活热水用于日常生活中的淋浴、洗脸、擦地等非饮用水用途．为家庭生活提供了方便。
1.2工作模式
本测试样朝具有多功能、全年运行的特征。通过系统的运行调节，可实现以下三种运行模式：（1）制冷兼制热水模式；（2）单独制热水模式；（3）制热兼制热水模式。为了能够更清楚的了解各种运行模式，下面分别对不同运行模式下的工作原理进行详细的描述。
（1）制冷兼制热水模式
在制冷兼制热水模式下．截止阀10开启，11关闭，此时四通换向阀4切换至制冷状态。在这种模式下。制冷和制热水协调运行．热水水箱2吸收空调的冷凝热来制取生活热水（当然太阳能在加热热水方面也做了贡献）。一般情况下。冷凝热是制冷量的1.3~1.4倍左右。在空调长时间运行的夏季，把冷凝热全部回收来制取热水是不必要的。一方面，在大部分空调运行时间内，空调冷凝负荷都要远大于热水负荷，另一方面，如果完全回收空调冷凝热负荷。必然导致换热盘管及热水水箱尺寸过大．使得系统的初投资加大．制造工艺也比较复杂。不利于系统产品化。同时．生活热水使用量和使用方式同用户人数，生活习惯有关系．因此，一般情况下只需要回收部分冷凝热鼍就可满足制热水的需求，多余的冷凝热则通过室外风冷换热器释放。
（2）单独制热水模式
在过渡季节，空调不需要使用．但宦内仍需要生活热水，该装置可作为—个空气源热泵热水器来制取生活热水。在单独制热水模式下，先充分利用太阳能资源，若太阳辐射条件比较好，则有足够的热量加热热水水箱中的水至所需的温度．此时不需要开启热泵。但是若阴雨或多云天气。太阳能辐射条件不足以加热水箱中的水至所需温度，则开启热泵进行辅助加热，此时室外风冷换热器5蒸发吸热，热水水箱2吸收冷凝热来制取生活热水，室内机不工作，截止阀11开启，10关闭。制冷剂流程：压缩机1—热水水箱2一四通换向阀4一截止阀11—过滤干燥器8一毛细管7—过滤干燥器争+室外风冷换热器5一四通换向阀4压缩机1。
（3）制热兼制热水模式
在冬季，室内既需要制热又需要生活热水．系统通过室外风冷换热器5吸收热量，一方面用来制取生活热水（当然太阳能在加热热水中也做丁贡献），另一方面用来窜内制热。这样一来，室内制热效果受到一定的影响，因为压缩机排气口先连接的是热水水箱，先进行了预冷，然后再通过室内风冷换热器进行室内取暖。该模式下截止阀10开启，11关闭，制冷剂流程为：压缩机1—热水水箱2一四通换向阀4一室内风冷换热器9—过滤干燥器扣毛细管7—过滤干燥器6一室外风冷换热器s一四通换向阀4一压缩机。
2不同太阳能地区太阳能空气源热泵集成热水系统
2.1太阳能资源丰富地带
我国西南部的太阳能资源丰富，其整体太阳曝辐射量范围达到5400-6700左右，昆明为该地区太阳能资源的典型代表城市，其平均每年的日照时间大约是2300小时，其日照射率大约是57％左右，其平均每年的辐射总量大约是5783MJ/㎡，太阳能热水系统在该地区应用广泛。其太阳能空气源热泵集成热水系统的设计方案如下，为非直膨并联式系统。
图2：太阳能热水子系统
这个系统的独特之处在于双集热水箱的设置，且其属串联形式的结构。
2号集热水箱装置有热泵机组冷凝器，这样可以提高单元太阳能热水吸收的辐射热的利用率，有效的降低了对传统能源的耗损。当系统运作时，主要运用集热器的进出口处的调节循环水温差的控制器对循环水泵进行控制，与空气源热泵机组没有必然关系。1号水箱主要功能是存储太阳能热水体系所生成的热水，若1号水箱其上部水温大于50℃，V3和V1会关闭，而V2则开启，直接由太阳能热水系统向居民供应热水，太阳能空气源热泵集成热水系统在这种情况下以太阳能热水器的常规模式运；若1号水箱其上部水温低于45℃，V3和V1会开启，而V2则关闭，太阳能热水系统生成的热水流入2号水箱，并以空气源热泵机组对其生成的热水进行深度加热[4]。由于环境温度对该系统有着很大的影响，其适用于太阳能资源丰富地区，可实现定时供热。如果该系统连续进行供热，则必须使热泵系统处于持续开启的状态，这样极易耗损机组寿命。
图3：非直膨并联式系统
2.2太阳能资源一般地区
我国西北部的太阳能资源处于一般水平，其整体太阳曝辐射量范围为4200-5400左右，西安为该地区太阳能资源的典型代表城市，其平均每年的日照时间大约是1711小时，其日照射率大约是55％左右，其平均每年的辐射总量大约是4500MJ/㎡，每年的平均气温为l3℃。冬季气温较高且气候干燥，夏季炎热，其气候条件适用于太阳能空气源热泵集成热水系统。文中以西安地区的气象资料作为计算基础，其太阳能空气源热泵集成热水系统的设计方案如下，为非直膨并联式系统。
这个系统的独特之处在于单集热水箱的设置，集热水箱中装置有热泵机组冷凝器，此设计安排有助于有效提升联合运行两种热源时的性能，能够有效的降低管路和水箱的散热损失量。在该系统中还增设了循环水泵，若天气情况不佳，不能单纯依靠太阳能热水系统满足生活热水供应时，则需打开热泵机组，通过旁通循环泵对箱内热水循环加热，以此提高水箱内冷凝盘管和水之间的换热效率，加快水温的提升速度。不过同上述系统一样，环境温度对该系统有着很大的影响，其不适合在太阳资源贫瘠的地区使用，如果该系统连续进行供热，则必须使热泵系统处于持续开启的状态，这样极易耗损机组寿命。
参考文献：
[1]徐嘉，李红旗，王东越，王景然，邓壮，谢鹏.太阳能-空气源热泵多能互补系统能效分析[J].制冷与空调，2018（12）：77-83.
[2]韩喜莲，朱垚宇，李超，李春娥，杨蓉霞.太阳能-空气源热泵供暖系统研究[J].低温建筑技术，2018，40（11）：118-120.