高原地区太阳能-空气源热泵复合供暖系统的研发及应用项目方案
一、项目名称
高原地区太阳能-空气源热泵复合供暖系统的研发及应用
二、项目实施内容
高原寒冷地区具有海拔高、气温低、冬季严寒漫长等特点，但高原寒冷地区的太阳辐射较强，日照时间较长，具有丰富的太阳能资源。但太阳能资源具有不稳定性，太阳能供暖系统需要设置辅助热源来保证供暖的连续性，本项目展开对太阳能-空气源热泵复合供暖系统的设计及应用研究，通过太阳能作为供暖系统的主要热源来解决拉萨地区冬季供暖问题，从而缓解能源危机、减轻环境污染，保护西藏地区绿水青山。
项目主要研究内容如下：
1、本项目以拉萨地区的某办公建筑为模型，采用建筑能耗模拟软件DeST对以拉萨市为代表的高海拔寒冷地区特殊气候条件的建筑负荷特性进行研究，得出室外温湿度、太阳辐射强度以及建筑逐时冷热负荷等。
2、建立太阳能-空气源热泵复合供暖系统各部件的数学模型，对系统设备进行设计和选型，根据其数学模型利用TRNSYS软件建立系统仿真模型，并对系统运行特性进行模拟和分析，对系统的太阳能有效集热量、太阳能集热效率、太阳能保证率、蓄热水箱温度、循环泵启停和热泵COP等参数进行深入研究，并根据现场实测数据对系统可靠性进行验证。同时根据太阳能-空气源热泵复合供暖系统的设备选型的计算公式，并对设计工况下的设备进行选型。
3、利用正交试验法，针对不同末端温度，以太阳能保证率和费用年值为评价指标，对系统太阳能集热器面积、集热器倾角和蓄热水箱容积进行优化分析。根据优化后的设计参数，将居住建筑和办公建筑进行对比分析，提出了太阳能-空气源热泵双水箱供暖系统。
4、在居住建筑的基础上，从太阳能保证率和费用年值等方面对太阳能-空气源热泵单水箱和双水箱系统进行对比，分析双水箱系统在居住建筑供暖方面的优势和应用价值。
三、项目完成指标
本项目针对高原地区太阳能-空气源热泵复合供暖系统的应用方案分别建立太阳能集热器、
蓄热水箱、空气源热泵、末端及循环水泵和控制系统的数学模型（各组件建立数学模型）；根据建立的太阳能+空气源热泵复合供暖系统的主要组件的数学模型，通过TRNSYS 软件对系统进行仿真模拟；并对太阳能集热器的面积，水箱容积，热泵功率以及循环水泵进行计算和设备选型。项目完成后，预计依托本项目的技术可以申请发明专利 1项，实用新型专利3项，计算机软件著作权3-5项。
四、技术路线
项目整体技术路线如下图所示：
图1 项目技术路线图
五、项目的创新点
1、太阳能集热系统和空气源热泵系统联合供暖模式特性研究
当太阳辐射强度较弱时，即太阳能集热系统不能将蓄热水箱加热到预定温度时，需要开启空气源热泵加热蓄热水箱中的水到设定温度，满足末端供暖需求，空气源热泵的开启由温差控制系统进行控制。此种模式的供暖所需热量来自太阳能和空气能。太阳能-空气源热泵复合供暖系统在充分利用太阳能的基础上，根据不同的天气变化情况来调整不同的运行模式，充分的利用太阳能资源，同时利用高效、节能的空气源热泵作为系统的辅助热源，提高了系统运行的连续性和稳定性。
2、建立了太阳能-空气源热泵供暖系统模型
本项目以TRNSYS系统自带的模块为平台，采用TESS中HVAC模块及标准模块，建立太阳能-空气源热泵联合供暖系统模型。项目组通过分别建立的太阳能集热器、蓄热水箱、空气源热泵、末端及循环水泵和控制系统的数学模型，并对太阳能集热器的面积，水箱容积，
热泵功率以及循环水泵进行计算和选型。
3、太阳能-空气源热泵供暖系统正交试验方案设计
在设计正交试验时，必须明确试验的目的，依照专业知识确定合理的评价指标，本项目主要是研究不同末端的太阳能-空气源热泵复合供暖系统的最有匹配方案。太阳能保证率体现了太阳能的利用程度，是太阳能供暖系统的重要性能指标，可以以太阳能保证率为评价指标进行研究；同时，系统的经济性对用户来说也是最直观的选择依据，在满足用户需求的情况下，经济性好为首选方案。
六、市场前景分析
太阳能供热系统和空气源热泵供暖系统各有优缺点，但是太阳能供热系统和热泵技术相结合的太阳能-空气源热泵复合供暖系统，可扬长避短、优势互补，既节能环保，又能保证供暖的连续性，降低建筑能耗，促进建筑节能，具有较大的经济效益和社会效益。
本项目产品—太阳能-空气源热泵复合供暖系统采用太阳能集热技术和空气源热泵联合运行，白天天气晴好时仅利用太阳能集热技术提供生活热水热量需求，并利用储能技术对多
余太阳能热量进行有效储存以便晚间供热，空气源热泵做为辅助能源仅在非晴好天气和晚间提供采暖需热，系统通过智能控制实现了在高寒、高海拨地区太阳能零能耗与空气源热泵低能耗的有效结合。其次，系统采用微电脑控制系统，实现自动判断气温变化，热水系统自动循环保温，室温实现分室分时段控制，太阳能和空气源热泵自动切换等措施之后，在该采暖系统中太阳能的贡献率可达到40%以上。因此，产品市场应用前景非常广。

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