医院太阳能空气源热泵热水系统浅谈

1 医院热水系统概况

近年来，国家十分重视可再生能源开发利用工作，又把大力发展和规模化应用新能源和可再生能源作为能源领域的优先发展主题。我院内科楼为独立热水系统，系统由2个6吨水箱及2台30kw空气源热泵及50块规格为2000mm×1000mm的平板式太阳能集热板组成。

2 热水系统设计选型

内科楼共有床位150个，设计最高日用水定额：80L/床位·日。设计每日热水用水定额为12吨，设计总热水供应量为12吨/天。本方案热水计算温度按55℃，冷水计算温度按20℃计算。

热泵的设计小时供热量计算根据《建筑给水排水设计规范》，热泵的设计小时供热量计算公式如下：

式中：

Qg——空气源热泵设计小时供热量（kJ/h）；

m——用水计算单位数(人数或床位数)；

qr——热水用水定额（L/人·d或L/床·d），按用水定额中下限取值；

tr——目标热水温度，tr=55℃；

ti——冬季冷水平均温度，本设计取ti=20℃；

ρr——热水密度（kg/L）；

T1——热泵机组设计工作时间（h/d）,本设计取T1=14h；

K1——安全系数，本设计取k1=1.1；

根据上面的公式，计算结果如下：

空气源热泵机组选型

由上表可知，根据热泵机组设计小时耗热量，一般情况下内科楼使用率为70%，机组运行时间为10小时，机组配置如下表：

表1 机组配置情况注：1、名义工况下,机组制热源水侧进水温度15℃，负载侧进出水50℃。由配置表可知，机组完全满足设计要求。

太阳能板选型：

在北海地区，平板式集热器1m2集热面积产50℃～70℃约为100L,因为楼面空间有限，则在内科楼天面上安装50块太阳能集热板，集热面积为100m2,则晴好天气每天的制热水量约为10吨。

3 热水系统自动控制要求

内科楼热水系统，太阳能加热到设定温度后直接供应至各个楼层，如果温度损耗低于设定温度，楼上热泵自动启动，加热至设定温度后供给到各个楼层供病人及医护人员使用，整个系统为太阳能辅助空气源热泵的方式。系统控制原则是：当有太阳能时优先选择太阳能热水器；末端的水温恒定。

3.1 自来水补水控制

设加水电磁阀，采取最低液位供水、高液位停止供水；冷水箱至楼顶的贮水箱采取液位、温度、时控三方面控制。

3.2 回水温度控制

系统回水管连接至贮水箱，在尾端设置电磁阀，受温度控制，自动供水约十分钟，系统内的水温必然是在20～40度之间，不断循环，当水温回升至40℃时，电磁阀自动关闭，这过程保证出来的都是热水，防止把前期冷水排掉。

3.3 太阳能加热的控制

采用温差加热的方式自动加热，太阳能集水口出水温度正温差于水箱内温度（如设定+5-12℃）则循环水泵启动，把热水送至水箱，低温水送至集联箱内，不断的循环加热至设定温度。零温差和负温差则水泵不启动，此时在晚间及无太阳的季节。

3.4 热泵加热自动控制

设定温度控制，达到设定温度控制自动停机，低于设定温度自动开机。设定时控控制，达到设定时间自动开机，达到设定时间自动停机。

3.5 太阳能和热泵连锁控制

控制方式采用对太阳能管道内水温分4个时段检测水温来控制热泵的启停，优先选用太阳能制热，时段的设定和水温的设定根据现场调试时进行确定参考点。整个系统由冷水补水系统、热泵加热系统、太阳能加热系统、热水供水系统等组成，每个系统都是独立完成的一个完整控制的系统。

4 热水系统设备工作原理

空气能热泵系统工作原理是遵循逆卡诺循环的工作原理，通过消耗一部分高品质的能量把热量从低温（低品位）热源中，转移到高温热源中，其热量包括高品质热量和从低温源中吸收的热量。热泵不是热能的转换设备，而是热量的搬运设备。

平板太阳能集热器是一种吸收太阳辐射能量并向工质传递热量的装置，它是一种特殊的热交换器，集热器中的工质与远距离的太阳进行热交换。阳光透过透明盖板照射到表面涂有吸收层的吸热体上，其中大部分太阳辐射能为吸收体所吸收，转变为热能，并传向流体通道中的工质。这样，从集热器底部入口的冷工质，在流体通道中被太阳能所加热，温度逐渐升高，加热后的热工质，带着有用的热能从集热器的上端出口，蓄入贮水箱中待用。

文章来源：《太阳能学报》 网址: http://www.tynxbzz.cn/qikandaodu/2021/0302/666.html