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【摘要】：本文针对高层住宅用户提出了一种全新的阳台式太阳能—空气源家用热水器，并对其进行了结构设计与设备选型，该热水器不仅有效的弥补太阳能热水器和空气源热泵热水器的缺陷，而且还能更进一步地利用可再生能源，更大程度上实现节能环保。
【关键词】：太阳能 空气源热泵 可再生能源
1.课题研究背景
随着经济的快速发展与人们生活水平的提高，生活热水已成为人们生活的必需品。目前我国热水器市场上，使用较多的产品主要是电热水器和燃气热水器等，它们都有一定的优势，但也存在着很多缺点。探索一些新型可再生、无污染的清洁替代能源也成为必然趋势。
目前较为先进节能的热水器有太阳能热水器和空气源热泵热水器，虽然它们对传统热水器所带来的安全隐患、环境污染、能源危机等问题有了很大的改善，但其发展也由于受环境天气影响大、占地面积大等各种因素而受到限制，无法达到理论运行状态。因此，本文针对高层住宅用户提出一种全新的热水器，不仅有效的弥补以上热水器的缺陷，而且还能更进一步地利用可再生能源，更大程度上实现节能环保，满足人们日常生活对热水的需求。
2.新型阳台式太阳能-空气源家用热水器系统设计
2.1热水器整体设计
新型阳台式太阳能-空气源家用热水器是一种集实用、节能、美观于一体的热水系统。本热水器充分利用太阳能和空气源制热水实现优势互补，同时引入能源二次回收模块，在一年四季均能高效率利用可再生能源，向用户提供家居生活热水。
新型阳台式太阳能-空气源家用热水器主要由三大模块组成：空气源热泵制热水模块、太阳能制热水模块、废热水余热回收模块。
2. 2 热水器工作原理
本新型阳台式太阳能-空气源家用热水器能够充分利用低品位的空气中的热能、太阳能以及使用过的热水中的残余热量，依据一年四季的气候状况，确保无论阴雨天气还是寒冷天气均能为用户全天候提供生活热水，能够有效规避空气源系统低温下的结霜问题，减少雨雪天气对热水器制热性能的影响，在气温较高的时节对室内空气还起到一定的制冷作用，充分节约能源。
暖季时期（日平均温度在20℃左右）时，一方面，太阳能充足，太阳能系统依靠吸收太阳辐射能对水箱的水进行加热；另一方面，空气热量充足，在很少电量驱动下，空气源系统从居室环境的空气中吸取热量，并把热量传递给水箱中的水进行加热，同时也可以对室内起到降温的效果：冷媒流经蒸发器时，依靠风扇强制换热，吸收环境中空气中的热量，供冷媒汽化，此时环境空气温度降低。阴雨天气，当太阳能制热模块不能高效工作时则可由空气源制热模块进行补充，以保证家居热水的供应。
寒季时期（日平均温度在0℃以下）时，外界空气温度较低、太阳能不是很充足且多降雪。此时，一方面，太阳能系统依靠吸收太阳辐射能对水箱的水进行加热；另一方面，当达不到制热要求时，适时启动空气源制热模块进行制热以保证家居热水的持续供应。
无论在寒季还是暖季，废热水余热回收模块均启动。一般家庭使用后的热水温度仍在30℃左右，如果能将这部分热量回收利用起来，不但可以使热水器摆脱对环境的依赖，还可以大大提高其制热效率。因此便可将生活使用后的废热水集中回流，预热进入水箱的冷水，降低费用消耗，极大提高热水器的热效率。
储水箱设有温度控制装置，当水箱中的水预热到设定温度时，水箱上的温度控制装置切断电源，加热系统停止对水箱中的水加热；当水箱中的水温低于设定温度时，热水箱上的温度控制装置接通电源，加热系统对热水箱中的水加热。
2. 3 热水器设计参数
本文以三口之家为例，考虑冬季使用情况，冷水温度进水温度按15℃计算，热水计算温度按60℃计算，洗浴用水平均40L/人，生活其它用水平均15L/（人.天）。
（1） 热量计算：
Q = C M（T2-T1）
式中：
Q—加热量，kJ；
C—水的比热容，4.19kJ/kg℃；
M—热水量，L （kg）；
T1—冷水进口温度，℃，按15℃计算；
T2—热水出口温度，℃，按60℃计算；
则Q=4.19×200×（60-15） =37710kJ，此热量为热水系统所需总热量。
（2） 储热水箱选择：
以三口之家为例，洗浴用水达平均每人40L，再加上其它生活用水约50L，总用水量=40×3+50=170L，故而选用200L容积的储热水箱。
2.4设备选型
热泵机组选型：
对于上班族，供热水时间设为晚上18：00-22：00，空气源加热时间为00：00-17：00共17小时。
设太阳能-空气源制热模块同时运行时，太阳能制热模块提供60%热量，空气源制热模块提供40%热量。由此可计算热泵机组的功率：
Q'=40%× Q=40%×37710=15084kJ
P=Q/（H×3600）
式中：P-热泵机组输出的总功率，kw；
H-加热时间，h，按17h计算。
P=15084÷（17×3600）=0.25kw=250W
所以，热泵机组选择250W。
3.设计总结
本文从研究背景、热水器的原理结构设计、技术、可行性、市场、相关政策、创新点等几个方面对其做了比较详尽的介绍，由分析得出该热水器集节能、环保、安全、经济、美观于一体，是为高层住宅用户提供生活热水热水器的不二之选。希望本项目提出的新型热水器能够为未来的热水器市场在能源节约型、环境保护型的发展道路上贡献绵薄之力，为高层住宅用户的生活热水的放心使用带来福音。
参考文献：
[1] 王生软，时阳，武秋俊，丁瑞华.空气源热泵热水器冬季性能实验研究[J].制冷，2007，26（3）：10.
[2] 叶金伟. 关于空气源热泵热水器技术及其应用的综述[J].给水排水，2009，35：254.
[3] 苏生，寿青云，李小飞，陈汝东.空气源热泵热水器的优化设计选择[J].流体机械，2006，34（10）：79-80.
【关键词】：太阳能 空气源热泵 可再生能源
1.课题研究背景
随着经济的快速发展与人们生活水平的提高，生活热水已成为人们生活的必需品。目前我国热水器市场上，使用较多的产品主要是电热水器和燃气热水器等，它们都有一定的优势，但也存在着很多缺点。探索一些新型可再生、无污染的清洁替代能源也成为必然趋势。
目前较为先进节能的热水器有太阳能热水器和空气源热泵热水器，虽然它们对传统热水器所带来的安全隐患、环境污染、能源危机等问题有了很大的改善，但其发展也由于受环境天气影响大、占地面积大等各种因素而受到限制，无法达到理论运行状态。因此，本文针对高层住宅用户提出一种全新的热水器，不仅有效的弥补以上热水器的缺陷，而且还能更进一步地利用可再生能源，更大程度上实现节能环保，满足人们日常生活对热水的需求。
2.新型阳台式太阳能-空气源家用热水器系统设计
2.1热水器整体设计
新型阳台式太阳能-空气源家用热水器是一种集实用、节能、美观于一体的热水系统。本热水器充分利用太阳能和空气源制热水实现优势互补，同时引入能源二次回收模块，在一年四季均能高效率利用可再生能源，向用户提供家居生活热水。
新型阳台式太阳能-空气源家用热水器主要由三大模块组成：空气源热泵制热水模块、太阳能制热水模块、废热水余热回收模块。
2. 2 热水器工作原理
本新型阳台式太阳能-空气源家用热水器能够充分利用低品位的空气中的热能、太阳能以及使用过的热水中的残余热量，依据一年四季的气候状况，确保无论阴雨天气还是寒冷天气均能为用户全天候提供生活热水，能够有效规避空气源系统低温下的结霜问题，减少雨雪天气对热水器制热性能的影响，在气温较高的时节对室内空气还起到一定的制冷作用，充分节约能源。
暖季时期（日平均温度在20℃左右）时，一方面，太阳能充足，太阳能系统依靠吸收太阳辐射能对水箱的水进行加热；另一方面，空气热量充足，在很少电量驱动下，空气源系统从居室环境的空气中吸取热量，并把热量传递给水箱中的水进行加热，同时也可以对室内起到降温的效果：冷媒流经蒸发器时，依靠风扇强制换热，吸收环境中空气中的热量，供冷媒汽化，此时环境空气温度降低。阴雨天气，当太阳能制热模块不能高效工作时则可由空气源制热模块进行补充，以保证家居热水的供应。
寒季时期（日平均温度在0℃以下）时，外界空气温度较低、太阳能不是很充足且多降雪。此时，一方面，太阳能系统依靠吸收太阳辐射能对水箱的水进行加热；另一方面，当达不到制热要求时，适时启动空气源制热模块进行制热以保证家居热水的持续供应。
无论在寒季还是暖季，废热水余热回收模块均启动。一般家庭使用后的热水温度仍在30℃左右，如果能将这部分热量回收利用起来，不但可以使热水器摆脱对环境的依赖，还可以大大提高其制热效率。因此便可将生活使用后的废热水集中回流，预热进入水箱的冷水，降低费用消耗，极大提高热水器的热效率。
储水箱设有温度控制装置，当水箱中的水预热到设定温度时，水箱上的温度控制装置切断电源，加热系统停止对水箱中的水加热；当水箱中的水温低于设定温度时，热水箱上的温度控制装置接通电源，加热系统对热水箱中的水加热。
2. 3 热水器设计参数
本文以三口之家为例，考虑冬季使用情况，冷水温度进水温度按15℃计算，热水计算温度按60℃计算，洗浴用水平均40L/人，生活其它用水平均15L/（人.天）。
（1） 热量计算：
Q = C M（T2-T1）
式中：
Q—加热量，kJ；
C—水的比热容，4.19kJ/kg℃；
M—热水量，L （kg）；
T1—冷水进口温度，℃，按15℃计算；
T2—热水出口温度，℃，按60℃计算；
则Q=4.19×200×（60-15） =37710kJ，此热量为热水系统所需总热量。
（2） 储热水箱选择：
以三口之家为例，洗浴用水达平均每人40L，再加上其它生活用水约50L，总用水量=40×3+50=170L，故而选用200L容积的储热水箱。
2.4设备选型
热泵机组选型：
对于上班族，供热水时间设为晚上18：00-22：00，空气源加热时间为00：00-17：00共17小时。
设太阳能-空气源制热模块同时运行时，太阳能制热模块提供60%热量，空气源制热模块提供40%热量。由此可计算热泵机组的功率：
Q'=40%× Q=40%×37710=15084kJ
P=Q/（H×3600）
式中：P-热泵机组输出的总功率，kw；
H-加热时间，h，按17h计算。
P=15084÷（17×3600）=0.25kw=250W
所以，热泵机组选择250W。
3.设计总结
本文从研究背景、热水器的原理结构设计、技术、可行性、市场、相关政策、创新点等几个方面对其做了比较详尽的介绍，由分析得出该热水器集节能、环保、安全、经济、美观于一体，是为高层住宅用户提供生活热水热水器的不二之选。希望本项目提出的新型热水器能够为未来的热水器市场在能源节约型、环境保护型的发展道路上贡献绵薄之力，为高层住宅用户的生活热水的放心使用带来福音。
参考文献：
[1] 王生软，时阳，武秋俊，丁瑞华.空气源热泵热水器冬季性能实验研究[J].制冷，2007，26（3）：10.
[2] 叶金伟. 关于空气源热泵热水器技术及其应用的综述[J].给水排水，2009，35：254.
[3] 苏生，寿青云，李小飞，陈汝东.空气源热泵热水器的优化设计选择[J].流体机械，2006，34（10）：79-80.