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太阳能空气源热泵热水系统运行原理及控制系统

来源:东莞热水工程网 作者:东莞热水工程网发布时间:2021-03-02 16:33

  太阳能空气源热泵热水系统原理

  在太阳能空气源热泵热水机组当中其主要的工作原理就是通过热器进行吸收太阳能并加热成为热器中的水,再通过应用循环泵把集热水箱以及保温水箱中低温水全部输入进集热器,当水加热以后再循环至集热水箱与保温水箱当中。而集热水箱与集热器以及在保温水箱和集热水箱它们之间的水循环则可以通过温差进行控制。

  也就是如果在集热水箱与集热器之间温差当大于规定值时,则可以启动循环泵,如果集热水箱与集热器二者之间的温差没有达到规定值时,则循环泵应停止。当保温水箱与集热水箱的水温差则大于规定值时,应启动循环泵,如其水温差没有达到规定值时,应停止循环泵。所以在控制系统的设计当中,其主要目的就是为了可以自动控制水泵的循环启停,并累积加热,从而促使水箱中的水可以满足使用要求的温度。此外,如果太阳能全天的加热效果并没有达到设定的温度时,而控制系统则必须要启动循环泵与空气源热泵做辅助加热,以达到水温的使用要求。而在辅助加热时主要包括以下特点:

  (1)在辅助热源加热的作用下,从而提高了蒸发器空气的温度,并降低了结霜的可能性,同时也可以避免蒸发器在表面出现结霜的现象,从而一直维持良好的换热效率,此外,也可以降低机组化霜的时间以及次数,并且节约了大量的能耗,以确保热泵机组可以不断的连续运行。

  (2)如果出现较低的环境温度时,而空调的压缩机其压缩比会出现急剧的上升,所以它的排气温度通常会超出压缩机所规定的要求范围,就会导致压缩机出现频繁的启停,不能正常的进行工作,经过长时间的反复运行,就会损伤压缩机自身的性能,从而降低其使用的寿命。但如果应用太阳能作为辅助的热源则可以提高系统的蒸发温度,并改善压缩机工作的环境,同时也解决了在低温环境下停止运行工作的现象,并且也可以提高热泵机组系统使用的期限。

太阳能空气源热泵热水系统示意图

  太阳能空气源热泵热水系统的主要运行模式

  在太阳能空气源热泵热水系统中,主要是应用了低品位的太阳能,从而确保了冬季、夏季的阴雨天,以及过渡季节的太阳能不能达到制热水的需求时,则可以应用空气源热泵以满足制热水的需要,同时也解决了在低温的环境下,其因热泵蒸发器出现结霜等问题,从而达到供热水的需要,因此,该系统的应用潜力具有非常重要的作用。太阳能空气源热泵热水系统运行模式主要有以下几方面。

  (1)当太阳光的辐射照度达到一定的充足量时,此时可以只启用太阳能的制热水模块,而这种模块主要是通过太阳能的集热器、循环泵以及蓄水箱等组成,并且应用了太阳能集热器当中的热水,再送入至蓄水箱,以达到使用热水的需要,同时也充分发挥出节能的特点。

  (2)如果在多云天气或者是阴天时,由于太阳能的辐射照度不能达到相应的要求,所以也就无法满足加热水温的需要,此时,则可以启动空气源的热泵进行制热水,并与太阳能的制热水模块共同运行,再应用冷凝器进行加热热水,从而也就解决了太阳能在无法提供热水的问题。

  太阳能空气源热泵热水机组控制系统的设计应注意的问题

  (1)当前,通常应用的太阳能热水系统一般包括了机械循环系统、自然循环系统以及定温放水系统。而不同太阳能的热水系统其设计的控制系统也是有所不同的,所以应主要考虑几方面的问题:

  ①如果太阳能所产生的热水已经装满储水箱时,则应该怎样有效的继续使用太阳能。

  ②如果太阳能所产生的热水量不有满足使用时,应怎样起动辅助的加热功能并补充热水。

  ③怎样可以确保热水的供应具有稳定可靠性,同时又可以在一定程度上应用太阳能的热水,从而降低不必要的辅助加热功能,减少运行成本。

  ④怎样解决太阳能冬季的防冻问题以及自动补水功能等方面。

  (2)由于在太阳能空气源热泵热水机组控制的系统当中主要是以PLC作为核心,从而实现了流量、温度、功率参数以及水位等方面的信息并进行实时检测,再通过检测数据进行处理、运算,从而达到自动补水、集热水箱以及集热器与保温水箱三者间温差的防冻循环和自动循环等方面的控制功能。在控制系统当中的开关量信号一般包括在:系统的启停开关、循环水泵、电磁阀、热泵以及状态指示等,也可以根据开关量的信号选择PLC系统。

  (3)在控制系统软件的设计当中,由于应用PLC控制系统通常是用以监控数据的处理和采集、上传数据与控制输出等方面的具体工作,一般把PLC系统程序分为两个部分,即主程序与子程序,一方面当主程序完成初始化、信号的采集、检测和子模块的各个程序的调用,另一方面则子程序主要包括了自动补水的子程序、防冻循环、温差循环的子程序以及辅助加热等方面的子程序。

  总之,对于太阳能空气源热泵热水机组系统是作为新型节能的一种产品,主要是通过太阳能以及空气作为热源,是取之不尽的一种能源,并且可以替代热水装置以及锅炉供暖的设备。根据太阳能空气源热泵热水机组主要的工作原理,同时也利用PLC进行设计了控制系统,从而实现了自信可以自动的采集与处理、热水机组的自动运行、温差和补水自动循环,并且也稳定了系统运行的可靠性,所以,这套控制系统的应用具有十分重要的意义。