空气与太阳结合的太阳能热水工程

　　目前热水市场上的节能产品主要为太阳能热水器和空气能热泵热水器。在太阳能产业的发展中，太阳能热水器的热利用转换技术无疑是最为成熟的，其产业化进程也较光伏电池、太阳能发电等产业领先一步。特别是此类技术在农村市场得到了广泛的认可和应用，为缓解农村能源短缺、改善农村生态环境和农民的生活起到了积极作用。自20世纪80年代太阳能热水器列入国家“六五”和“七五”科技攻关项目以来，中国太阳能热水器市场迅速发展，现在的年生产量是欧洲的2倍、北美的4倍，现已成为世界上最大的太阳能热水器生产国和最大的太阳能热水器市场，并仍在以每年20％~30％的速度递增

　　节能热水器市场一分为二，太阳能与空气能平分秋色

　　目前热水市场上的节能产品主要为太阳能热水器和空气能热泵热水器。在太阳能产业的发展中，太阳能热水器的热利用转换技术无疑是最为成熟的，其产业化进程也较光伏电池、太阳能发电等产业领先一步。特别是此类技术在农村市场得到了广泛的认可和应用，为缓解农村能源短缺、改善农村生态环境和农民的生活起到了积极作用。自20世纪80年代太阳能热水器列入国家“六五”和“七五”科技攻关项目以来，中国太阳能热水器市场迅速发展，现在的年生产量是欧洲的2倍、北美的4倍，现已成为世界上最大的太阳能热水器生产国和最大的太阳能热水器市场，并仍在以每年20％~30％的速度递增。

　　热泵技术是通过消耗少量电能，把热量从低温热源（空气、水、土壤）转移到高温热源的一种技术。20世纪70年代，随着1973年“能源危机”的出现，国外热泵市场进入黄金时期，在美国，1971年至1976年间，热泵产量由8.2万套/年猛增至30万套/年，1977年跃升至50万套/年；日本的年产量也超过50万套；国际能源机构和欧盟各国也纷纷制定了热泵发展计划。我国直到20世纪50年代才着手研究热泵技术，但80年代后期日益受到重视，随着热泵技术的不断提高，热泵产品不断涌现。如今，热泵技术是各项节能技术中一项成熟先进的技术，已明确列入我国的国家行业标准和政策文件中。《中华人民共和国节约能源法》、《2000-2015年新能源和可再生能源产业发展规划要点》、《可再生能源法》等法规中都明确提出要推广使用热泵技术。在众多大型热水招投标项目中，太阳能与空气能热泵热水系统各显千秋，平分秋色。

　　工程应用使太阳能与空气能由形同陌路变为亲密无间

　　众所周知，阳光并不是永远充足的。除了夜晚无光照之外，即使在白天，一年也只有1/3时间日照充分，而另外1/3时间为日照不足，1/3时间无光照，仅仅靠从太阳中提取的能量来制取热水是远远不够的，因此，所有的太阳能热水工程上，均需采用辅助的加热手段，通常以电作为辅助能源，遇到夜晚、雨雪、阴天等情况，太阳能不能发挥作用时，实际上变成了用电来制取热水。这种“变脸”使得原本的节能工程变成了耗能工程。

　　日前，笔者就北京某师大留学生公寓的热水工程改造一事做了探访，以前校方在200人的留学生公寓楼顶，铺设了五六十平方米的太阳能集热器，同时配备了120千瓦的电锅炉作为辅助加热手段，每天供4小时热水。而实际运行过程中，一年下来，发现平均每天耗电竟然高达360度。因此，校方希望用空气能热泵这种更节能的辅助加热手段来弥补太阳能的不足，通过改造，维持原有的用水需求，平均每天只需耗电40度。

　　据了解，目前越来越多的太阳能热水新建项目和改造项目中，都指定了热泵作为辅助加热手段，而摒弃了燃气、燃油、电锅炉等需要消耗一次性不可再生能源的方式。大型热水工程的应用，为太阳能和空气能两种节能热水产品架起了桥梁，两者之间不再是形同陌路，而是优势互补，变得越来越亲密无间。

　　家用热水产品是否可以是工程应用的微缩复制呢？

　　既然太阳能+空气能的热水工程技术已日臻成熟，那么能否将这一技术微缩复制到家用热水产品上呢？据悉，太阳能+空气能的结合，一直是各大节能热水器厂家的研发方向。近日，清华同方旗下的北京同方洁净技术有限公司宣布：经过长期的潜心研究，近期将推出真正将太阳能与空气能结合到一起的“太空”热水器。据了解，技术的耦合并非将工程微缩那么简单，必须要解决两大难题。

　　1．太阳能与空气能共用一个水箱。空气能热泵蓄热，需要在水箱内形成稳定的温度梯度和流动，然而太阳能的加入，使水箱中的这种稳定环境遭到破坏，这两种蓄热形式的同时运行，就会产生对抗和互反的作用，使得两部分换热不能有效叠加，形成对抗性衰减，导致两种热水器不能充分发挥各自的优势。北京同方洁净技术有限公司的技术人员解释，他们所设计的空气能热泵与太阳能集热器耦合双效换热器，经过了上百次的模拟测试和换热器结构的更新调整，才达到了自然对流、不需外力循环的目标，使两种节能热水器有机地结合在了一起，发挥各自的优势，达到热水器中最高的能效比。

　　2．太阳能与空气能的联动控制。太阳能集热器只需阳光，没有能耗，热泵热水器需要消耗一部分电能，所以运行中既要充分发挥太阳能集热器的零耗能，又要保证空气能热泵全天侯24小时随时随地制取热水，成为了“太空”热水器的关键。清华同方在“太空”热水器的控制器上采用了多时段定温定时逻辑，解决了这一问题的同时使整个热水系统的功耗降到了最低。多时段定温定时功能在一天24小时内可以设置多个时间段，在设定时间段以外的时间由太阳能集热器制取热水，而在时间段以内热泵负责补充热水，保证设定的时间段内水温达到设定值。系统的控制逻辑由一个微控制器实现，系统内部时钟判断热泵的工作时间范围。例如，在早晨和中午要求热水温度不高时可将制热温度调到较低的值，在不影响用水质量的前提下缩短热泵的工作时间，充分利用太阳能集热器，而在夜晚无日照后再由空气能热泵补热到设定温度。

　　从节能的角度看，多时段定温定时无疑是最节能的一种控制方式，同方此款太空热水器引起了热水行业从业者的广泛关注，市场也期待着该产品能尽快面世，走向终端市场，使太阳能+空气能热泵的制取热水方式不再仅仅局限于工程应用，使得旧时王谢堂前燕，飞入寻常百姓家，愿千家万户都能享有最节能的家庭热水方案。