核心提示：本文结合天津市养老院使用太阳能配热泵中央热水系统的具体案例袁分析了空气源热泵热水机组的使用效果遥根据养老院的设想袁制定详细的系统设计目标袁力图建立一套高效用能尧洁净用能尧操作简易尧运行稳定尧维护方便的热水供应系统。
1项目概况
    天津市养老院始建于1953年，位于天津市南开区咸阳路，占地面积近2.4万平方米，是一所集养老、护理、医疗、营养、康复、教育、培训、科研、娱乐、临终关怀为一体的综合性养老福利单位。有床位850张，主要收住社会孤老、企业孤老、社会自费托养老人及患有各种疾病和临终关怀的老人。
    天津市养老院公寓楼为2004年建成的老年公寓楼，设有床位300张，其一楼为公共活动区域，二至五楼为自理老人住养区域，六、七楼为介助老人住养区域，相关配套设施齐整完备。原供热水系统为分户电热水器。
2系统设计目标
    天津养老院的管理者希望利用太阳能可再生能源利用技术，辅以电辅助加热，建立一套高效用能、洁净用能、操作简易、运行稳定、维护方便的热水供应系统。太阳能热水系统要实现节能减排、降低能源经费支出两利，为创建环保、低碳、节能的“绿色环境文化”树立标杆，并在此进程中开拓合作的新机制，实现经济发展和环境改善的双赢目标。
热水系统设计须满足老年公寓的日常热水用水需求。预计用热水人数约为300人，供水需全天候不定时供55℃～60℃洗浴用热水，系统拟采用太阳能配热泵中央热水系统。
3太阳总辐射量
    天津市地处中纬度，太阳辐射年总量平均为4935MJ/㎡（以天津单站实测资料为准）。按照太阳能丰富程度，中国划分为四类区域，天津市属第三类地区，太阳能比较丰富。
    由于天津市地域面积不大，太阳总辐射的年际变化远远大于地区差异。以市区为例，年总辐射量最多的是1965年，总辐射量达到5932MJ/㎡，而最少的1995年，总辐射量仅有3758MJ/㎡，二者相差2174MJ/㎡，达多年平均的44%。天津市的年总辐射量，80%的年份能达到5610MJ/㎡。
4集热器组数计算
    太阳能光热集热器面积计算利用《民用建筑太阳能热水系统应用技术规范》（GB50364-2005）对直接式太阳能热水系统集热器面积的计算公式进行计算：
将已知数值带入计算公式，得到=210.63㎡。根据产品规格参数确定集热器的组数应为105组，但是考虑到现场的实际安装情况和招标单位的要求，按100组集热器布置。
5空气源热泵原理
    天津市养老院每天约需19.5t热水，热源由太阳能提供，如遇雨雪及阴天等极端天气，太阳能不能提供热量时需要由热泵机组供给，两种能源利用方式的配合使用，二者可以互相补充，可全天候、不定时满足热水需求，是节能运行方案的理想方式。
    热泵，是一种热量转移装置，它的作用就是从低温热源中吸收热量，并转移到高温热源中去，将能把热量从低温热源转移到高温热源的装置，称之为“热泵”。
    热泵的作用就是从低温热源中吸收热量（这些热源可以是水、土壤或空气），并把它传递给高温热源（如热水或热空气）。
    如热泵工作原理图所示：热泵机组通过冷凝器向生活热水中输出的热量为QC，它一部分是通过蒸发器从外围大气环境中吸收的热量QA，另一部分是热泵压缩机消耗电能做功过程中产生的热量QB，即QC＝（QA+QB）。由于QA是免费从大气环境中得到的，机组的消耗仅为压缩机做功的电能消耗，近似等于QB，所以热泵热水设备的能效比COP为QC/QA。一般情况下，空气源热泵热水设备平均COP为450%～480%。换句说法，即机组每消耗1kW·h的电能，可以得到4.6kW·h的热能。由此可见，采用热泵热水技术来制取生活热水可以实现“低消耗、大产出”。
    利用少量电能做功，将室外空气中的低品位热能提升到高品位热能中，是通过热泵做了一个能量搬运的过程，而不是直接消耗电能转化热能，从这个意义上来说，它的节能效果是非常明显的。
6系统设计方案
    依据建设单位的要求，空气源热泵机组应满足制热量≥34kW，消耗功率≤8.4kW，则COP=4.05，热泵机组每日最大工作时间为10小时，共设计4台空气源热泵作为辅助热源。
空气源热泵机组的压缩机一般采用涡旋式压缩机，因其特性所致，空气源热泵机组制热量每台一般选38kW（10匹）左右，在该工程中选择34kW的热泵热水机组，但此类机组可以模块化组合，可以根据不同场所需要的热量需求自由组合。
    设计方案确定后，设计系统的运行流程及平面布置等相关图纸，系统原理图如下：
7结语
    泵房内水泵经过三个月的施工，天津养老院的项目终于在冬季到来之前完成施工、验收并正式投入使用。历经年底到春节前的正常运行，效果良好，得到了养老院中众多的老人肯定。