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大池太阳能热泵系统设计

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2020年4月19日
文档仅供参考
第一篇:工程方案设计
一、 情况概述：

福建省龙岩新罗区金属公司采用高效节能的太阳能加空气源热泵机组为公司员工提供洗浴和生活热水。根据甲方提供的资料：员工数量为100人，根据我们由金龙能源（福建）有限公司、德弘光电科技公司工程得来的经验，每人每日用55℃生活热水60L，则每天需提供55℃生活热水为：60*100=6000，我们考虑到员工用水的不确定因素，综合以上结论，则设计贵公司每天需55℃生活热水8吨。
太阳能集热面积80㎡，自来水温度5°，最高水温60°，我司组织专业热水系统设计工程技术人员根据甲方用水需求，结合安装建筑物的实际结构，根据国家太阳能和空气源热泵设计、施工要求的各种相关标准，综合考虑设计出最完善的方案。据知贵单位太阳能集热面积80㎡，热水需求量为8吨，根据客户需求现在需在屋面安装太阳能加空气源集中供热系统来对8吨水进行加热。

二、工程概况及用户要求

2.1.甲方的地理位置水文气象条件等：
　龙岩市位于福建省西部，通称闽西。地处闽、粤、赣边区，东与泉州、漳州接壤，西与江西省赣州市交界，南邻广东省梅州市，北接三明市。
龙岩市位于北纬24度23分—26度02分，东经115度51分—117度45分。东西长约192公里，南北宽约182公里，总面积19050平方公里，占全省陆地面积的15.7%。其中山地14964平方公里，丘陵3101平方公里，平原985平方公里。[2-3]
地势东高西低，北高南低，平均气温18.7℃~21.0℃，平均降水量1031毫米~1369毫米，日照时数1804小时~2060小时。全年气候温和，无霜期长，雨量充沛，适宜亚热带作物和林木的生长。
2.2.甲方地理位置的辐照情况
根据国家气象中心 提供的全国各地日均及年总辐射数据（单位MJ/m2），参照福建福州市观测站太阳辐照15.267MJ/ ㎡×d.
2.3.对于贵单位太阳能热水系统根据国家《民用建筑太阳能热水系统应用技术规范》GB50364- 规定，一般取当地纬度倾角平面年平均日照辐射量15.267MJ/㎡×D
2.4.用水情况：
表2.5.1依据《民用建筑太阳能热水系统工程技术手册》中热水消耗定额的标准：
序号
建筑物名称
单位
最高日用水定额（L）
使用时间（h）
1
住宅有自备热水供应和沐浴设备
有集中热水供应和沐浴设备
每人每日
每人每日
40～80
60～100
24
2
别墅
每人每日
70～110
24
3
单身职工宿舍、学生宿舍、招待所、培训中心、普通旅馆
设公用盥洗室
设公用盥洗室、淋浴室
设公用盥洗室、淋浴室、洗衣室
设单独卫生间、公用洗衣室

每人每日
每人每日
每人每日
每人每日

25～60
40～60
50～80
60～100
24或定时供应
4
宾馆客房
旅客
员工

每床位每日
每人每日

120～160
40～50
24

太阳能集热面积80㎡，根据客户需求现在需在屋面安装太阳能集中供热系统来对8吨水进行加热。
2.6.设计原则：
为了降低运行费用提高使用性价比，优先采用太阳能热水系统提供热水，当遇到特殊天气太阳能供水不足时，采用空气能热泵辅助加热满足正常见水要求。
2.7.工程控制方式：根据该工程用水实际情况，采用定温定位上水、温差循环、缺水自动补水、防溢流、防雷击、防烫伤、防漏电、定温管道循环等智能全自动控制运行，无需专人值守。
三、设计参照标准
《民用建筑太阳能热水系统应用技术规范》 GB50364-
《建筑给排水设计规范》 GB50015-
《太阳能热水系统设计、安装及工程验收技术规范》 GB/T18713-
《家用太阳热水系统热性能试验方法》 GB/T18708-
《真空管太阳集热器》 GB/T17581-1998
《太阳能热利用术语》 GB/T12936-1991
《家用太阳热水系统技术条件》 GB/T19141-
《建筑给水排水设计规范》 GB50015-
《设备及管道保温技术通则》 GB4272-92
《建筑物防雷设计规范》 GB50057-94
《建筑结构荷载规范》 GB50009-
《钢结构设计规范》 GB50017-
《低压配电设计规范》 GB50054-1995
《家用和类似用途电器的安全通用要求》 GB4706.1-1998
《室外给水排水和燃气热力工程抗震设计规范》 GB50017-
中华人民共和国国家标准《全玻璃真空太阳集热管》 GB/T17049—1997
《钢结构设计规范》 GBJ17-88
《建筑载荷规范》 GBJ9-87
《家用太阳热水器电辅助热源》 NT/Y513-
《太阳能集中热水系统施工规范》 QB/102—
《建筑抗震加固技术规程》 JGJ116—98
《家用太阳热水器储水箱》 NT/Y514-
《太阳能热水系统性能评定规范》 GB/T 5-
《商业或工业用及类似用途的热泵热水机》 GB/T21362-
其它国家相关规范及技术标准。
四、 太阳能集热器以及热泵机组确定：
4.1、太阳能集热选型确定
本方案选用本公司自行研制的高性能平板集热器兴家00型。
本热水系统配套集热面积根据本项目所在地区的地理位置、气候情况、每日用水量以及平板集热器热性能等数据，根据热能公式来确定该栋楼安装的平板集热器总面积
Ac=Qw*Cw（tend-ti）f/Jy*ηcd*（1-ηL）
=6000×4.187×10³×（55-15）×0.5/（12.15×106×0.6×0.8）=80m²
式中 ：
Ac----直接系统的太阳集热器面积
Jy----晴好天气太阳集热器采光表面上的日均总太阳辐照量，龙岩市为 12.15MJ/m2·天
ηcd-----集热器全日集热效率，取0.6
ηl-----贮水箱及管路损失率，取0.2
tend----热水温度
ti----年平均水的初始温度，取15℃
f-----太阳能保证率，龙岩市取0.5
由此可见8吨水根据当地情况计算出集热器板数的数量80平方米可满足要求。根据屋面的具体情况，本项目集热器安装于平屋面，由于太阳能集热器需采用倾斜支架安装在屋面，本项目集热器的倾角为30°，为保证前排集热器阴影不影响后排，前后排集热器间须保留有效距离。
4.1.2水箱数量及大小的确定
根据本项目的日用水量及保温贮热水箱的有效容积，来确定保温贮热水箱的规格尺寸及容积大小。由于本项目为全天候供水系统，日用水量为8吨。因此为该栋楼配置1个10吨的加热水箱来满足每天的热水储存和供应。
4.1.3太阳能集热器参数表：

型 号
所集热器总面积(㎡)
兴家00型
80㎡
4.2生能空气能热泵机组确定
4.2.1 生能空气能热泵主机设备性能：
1、普通型名义工况:环境干球温度20℃,湿球温度15℃,初始水温15℃,终止水温55℃
2、低温型名义工况:环境干球温度7℃,湿球温度6℃,初始水温9℃,终止水温55℃
3、最大负荷工况：环境干球温度43℃,湿球温度26℃,初始水温55℃,执行GB/T21632- 《商业或工业用及类似用途的热泵热水机》国家标准
4.2.2 龙岩气候计算参数
夏季工况
干球温度
32.6℃
湿球温度
26.3℃
相对湿度
61%
室外平均风速
1.8m/s
夏季平均温度
28.3℃
极端最高温度
42.2℃
冬季工况
干球温度
7.2℃
湿球温度
5.8℃
相对湿度
81%
室外平均风速
1.0m/s
冬季平均温度
5.0℃
极端最低温度
0.1℃
年平均工况
年平均气温
21.6℃
冷水计算参数
年平均工况冷水温度
15℃
夏季工况冷水温度
20℃
冬季最冷工况冷水温度
10℃
4.2.3、根据热泵机组国家标准规定，热泵机组每天的工作时间（最冷工况）如下表所示（单一用热泵）：
序号
建筑物名称
机组平均每天运行时间（h）
备注
1
宾馆
三星级以上
≤15
含三星级
三星级以下
<18，>15
不含三星级
2
一般旅馆
<18，≥18

3
住宅
≥10

4
学校（工厂宿舍）
≥16

5
医院
≤18，≥15

根据该项目的性质，拟定机组在相对冷天气，同时阳光强度不足时，取热泵机组最冷工况的运行时间不超过16小时，满足每日供水的需求。
4.2.4日耗热量计算：
4.2.4.1、热水系统辅组的耗热量计算（此时冷水的计算温度为20℃，由太阳能补充5℃）
根据《建筑给水排水设计规范》GB50015-
①冬季全天耗热量计算：
Qd =1kcal/kg.℃×8吨×(55℃-15℃)×1.05×103=488KW
②春秋季全天耗热量计算：
Qd =1kcal/kg.℃×8吨×(55℃-18℃)×1.05×103=451KW
③夏季全天耗热量计算：
Qd =1kcal/kg.℃×8吨×(55℃-20℃)×1.05×103=427KW
(4)冬季如果太阳能不能产热水，热泵需要辅助的全天耗热量计算：
系统:Qd =1kcal/kg.℃×8吨×(55℃-20℃)×103=406KW
4.3 设备选型
根据热泵产热原理及特性，它的小时产热量是随外界工况变化而变化的，室外温度越低，产热量越低，而地域不同，室外温度不同，故热泵机组选型时要对产热量进行修正。同时机组的能效比也是随着热水温度的升高而下降的，故机组设定的热水最高温度值不要太高，根据国家标准《商业或工业用及类似用途的热泵热水机》GB/T21362— 的规定，空气源热泵热水机的额定热水温度为55℃。根据机组在环境温度7℃下的制热量，取机组最冷工况的运行时间为12小时，满足宿舍各系统每日供水的需求。
生能空气源热泵机组KFXRS-19Ⅱ在环境温度7℃下的制热量为19KW，所
2台KFXRS-19Ⅱ完全能够满足系统要求。
五、技术措施
5.1.本太阳能热水系属集体使用热水性质，设计时应考虑节约使用热水减少太阳能设备投资。
5.2.虽然在特殊（阴雨天气）天气需要采用辅助加热，但太阳能热水系统应能够实现优先利用太阳能热水系统能源，当太阳能光照不足时，再利用辅助能源补充热能，以达到节能降耗的目的。
5.3．控制系统设计为全自动化、智能化，为员工供热水提供先进、可靠、稳定的太阳能热水系统，为此设计选用我公司根据多年太阳能热水系统工程安装经验开发的太阳能工程北方地区专用程序，水箱水量可精确到100升，具有计算功能，能够根据水箱水量、水温自动计算辅助加热启动时间，实现太阳能和辅助加热的完美结合，优先利用太阳能，节约能源，并具有防真空管炸管程序及炸管预处理功能（注：一般控制器只具有温差、定温、定时、点式水位显示及控制等功能，而且一次定型，修改须调整电路，不能实现太阳能和电辅助加热的完美结合）。
5.4.太阳能热水系统的布局与摆放应与周围的建筑物相协调，日常维护检修方便。
5.5.考虑系统抗风、防雷、防冻、关键设备防护、漏电保护、承重等安全问题。
5.6.保证工程质量的前提下，尽可能降低工程造价，提高工程的性价比。
六、系统基本设计
6.1.集热器选型
当前国内使用的太阳能集热器主要有平板集热器、真空管集热器、热管集热器。平板集热器不防冻，只能在春、夏、秋三季使用；真空管集热器在零下25℃条件下，仍可产生热水，可一年四季使用，是当前普遍使用的产品；热管集热器可在零下50℃条件下使用，但其冷凝端（加热端）表面积仅是真空管的百分之一，易结水垢，换热效果不如真空管。考虑福建地区的气候条件，我们建议选择真空管集热器。
当前真空管集热器分家用和工程用两大类别，家用产品储热水箱和太阳能集热管为一体结构，结构简单，适合家庭或小面积工程使用；工程用集热器没有直接储热水箱，可根据现场情况任意串并联，并根据采光面积大小合理配置水箱。系统运行便于控制，易于配置辅助电加热、燃气、燃油、电锅炉系统，且用水方便，可实现24小时用热水。因此，集合该工程实际选用我公司生产的太阳能热水系统工程用专用平板兴家型集热模块，系统采用抗冻能力强、热效率高、性价比高的平板兴家型太阳集热器。整个系统实现标准化、模块化、自动化，模块所有复杂技术已在车间完成，现场安装只需简单拼接即可，方便快捷，美观大方。
6.3.功能运行
太阳能采用温差循环式太阳能热水系统，达到充分利用太阳能，只要有太阳就能有洗浴热水提供，并可实现全天24小时有洗浴热水。阴雨天或光照不足时（控制器可自动检测），利用热泵辅助加热（根据甲方要求能够加以其它辅助）。

七、设计确定
7.1.现场安装场所：根据现场情况，冷水管或热水管及电源，改造到屋面；集热模块安装时要进行支架找平，屋面应安装避雷接地系统。
7.1.1基础施工：
按施工图中所标注的基础尺寸、方位、标高，放定位轴线，尺寸要求严格控制以求准确。将集热器底脚支架找平固定在定位轴线规定的位置上；集热器安装与支架安装允许偏差值≤20㎜。
7.1.2管道及保温都采用品牌产品
主循环管DN40 –DN50、出水管采用DN40 –DN50 镀锌管，进水管DN 40管，岩棉或橡塑保温，防热辐射玻璃钢铝箔外壳。管道安装严格执行有关管道施工规范，确保管道沿水流方向不低于3‰的向上坡度，管口对接确保同轴度。管道支托架安装支乘在可靠的建筑结构上，支架托的最大安装距离如下表：
内径（mm）
15
20
25
32
40
50
最大距离（m）
保温管
1.5
2
2
2.5
3
5
不保温管
2.5
3
3.5
4
4.5
5
八、系统运行方案对比

8.1、各种热源热值
各种热源在使用其加热过程中并不能完全燃烧，实际产生的热值均低于理论热值，根据各种热源的热效率，现将其实际热值列表如下：
名称
理论热值

热效率

实际热值
电热水器
860kcal/kwh
×
95%
＝
817 kcal/kwh
管道煤气
6600kcal/Nm3
×
85%
＝
5610 kcal/Nm3
柴油锅炉
10200 kcal/kg
×
85%
＝
8670 kcal/kg
空气源热泵(热水)
860 kcal/kwh
×
428%
＝
3680.80 kcal/kwh
空气源热泵(恒温)
860 kcal/kwh
×
450%
＝
3870 kcal/kwh
8.2、每吨热水燃料成本比较
(现以加热1吨水为例，自来水温按20℃，加热至55℃，需要35000kcal的热量。
电热水器
35000kca÷817 kcal/kwh=42.8kwh
×
1元/kwh
＝
42.8元
管道煤气
35000kcal÷5610kcal/Nm3 =6.24 Nm3
×
3.5元/ Nm3
＝
21.84元
柴油锅炉
35000kcal÷8010 kcal/kg =4.36kg
×
5.5元/kg
＝
23.98元
空气源热泵
35000kcal÷3680.8kcal/kwh =9.51kwh
×
1元/kwh
＝
9.51元
8.3、各种方案对比(成本分析)
冬季平均气温为7℃，KFXRS-19Ⅱ热泵在该环境下机组的输入功率为19.69kWh;春秋季平均气温为20℃，KFXRS-19Ⅱ热泵在该环境下机组的输入功率为20kW.
太阳能龙岩地区有120为阴天,需要为电加热或热泵进行辅助加热,电的热值为860kcal/kWh，热效率为95%。电费按照0.55元/kWh (以上价格仅供参考)。
8.8.5、效益
生能热泵机组，一年四季可全天候运行，管理方便，安全可靠，不需设机房及专职人员，可节省每年的人工费用，年检费用，燃料采购费用等，只要少量电能，即可产生大量热水，且不产生任何污染，既响应了国家倡导的利用可再生能源的号召，又可体现管理者绿色、节能、环保的意识和理念。
8.8.6、结论
1、电热水器具有使用方便，能适应任何天气变化，可是不安全，占用室内空间，易结水垢，运行过程中耗电量极大，对电能造成很大的浪费，运行费用高。现在市场新型的电热水器内置了阳极镁棒除垢装置，解决了该产品容易结垢的问题，但阳极镁棒须两年更换一次，给保养带来了麻烦。酒店是个特殊的地方，需要24小时供应热水。对于装修电线的要求高。
2、空气源热泵热水机组不受天气情况限制，使用方便，不占用室内空间，系统运行过程中无任何安全隐患，绝对安全环保，使用寿命可长达 以上，设备性能稳定，可实现无人操作（全自动化智能控制）。
九、系统安全
防风雪 系统支架为整体结构，并与楼面墙体固定。
防 冻 电伴热带/防冻循环/停电应急排空三级防护（主要北方用）。
防 雷 系统如在原建筑防雷区外，按相关标准做防雷设施。
防冰雹 系统配置的真空管可抗击Φ25mm冰雹。
防漏电 采用漏电开关和接地双重保护，确保用电安全。
防 水 支架底脚为水泥墩,不会破坏屋面防水。
防 垢 采用控制温度及水循环的办法尽量避免水垢产生。
防 溢 流 防止水箱内水过多溢流浪费。
低水保证 水位达到最低时自动进水达到最低水保功能。
温差循环 集热器和储热大水箱之间进行温差循环，以达到集热储热的目的。
用水循环 保证用水时一打开水龙头就有热水（要求甲方设计回水管道）。
十、系统防雷设计
热水器防雷应注意以下几点：
10．1避雷针高度及安装位置应按照其要保护的范围来确定（由专业人员计算）。支架的焊接长度不应小于圆钢直径的6倍，用不小于￠12的镀锌圆钢作防雷引下线与房屋天面避雷网做可靠连接；将系统中水管与水管、水管与水箱间的连接处用不小于￠12的镀锌圆钢跨接后相焊接，焊接长度不小于圆钢直径的6倍，再与房屋天面避雷网做可靠连接。
10.2．太阳能热水器支架、水箱等金属部件必须有可靠的金属连接，而且每组热水器有两处与建筑物顶部的避雷带进行可靠焊接，避雷针与避雷带进行可靠焊接。
10.3．防腐处理：在所有焊接点处涂防锈漆两遍，然后再涂银粉漆一遍，提高避雷针的防腐效果。
十一、主体部分太阳能系统加热原理及说明
11.1系统控制原理说明:
太阳能集热器中的真空管选择性吸收太阳光波，将太阳光能转化为热能将集热器内的水加热，加热的高温水经过管路在控制系统的强制运行下将集热器内的水转移到保温水箱内，经过太阳光的吸收、控制系统的集热温差循环、将热水储存到保温水箱内以备人们日常生活热水的需要。这样周而复始的循环工作，不需要专人管理，系统全自动运行，达到人们的日常需求。
9.具体功能说明（参照原理图）
Ø 数码管水温水位显示：显示集热器顶部温度、集热器底部温度处、水箱温度、用户管路温度，显示实时时钟，定显示定时加热时间和定时上水时间，显示各种外接负载的运行状态。
Ø 温差循环：当集热器顶部温度与水箱温度之差T1-T3>7℃（可调）时，水泵P1打开，进行循环，当T1-T3<3℃（可调）时，水泵P1关闭，停止循环。
Ø 定温出水：当水箱水量小于6格时，集热器顶部温度T1大于等于设定温度，水箱温度T3也大于等于该设定温度时，电磁阀E1打开，由自来水水压顶水出水；当集热器顶部温度T1小于设定温度5℃或水箱温度T3小于等于该设定温度5℃或水箱水量达到6格时，电磁阀E1关闭,停止出水。
Ø 定温上水：当水箱温度T3大于电加热设定温度+5且水位小于6格时，电磁阀E2打开，定温补水；水箱温度T3小于等于电加热设定温度或水位达到6格时，电磁阀E2关闭,停止上水。
Ø 手动上水：手动上水到设定的水位自动停止。
Ø 定时上水：自动在设定的时间上水到设定的水位，并自动停止。
Ø 自动上水：经过自动上水键启动循环上水功能，当水箱水位低于设定下限水位时自动打开电磁阀E2，上水到设定上限水位值时,关闭电磁阀E2停止上水。
Ø 手动加热：手动启动辅助加热，把储热水箱内的水加热到设定温度后停止加热。
Ø 定时加热：可任意设定辅助加热定时启动时间（建议设定在下午3时至5时之间）。当水箱温度T3在设定时间前达到设定温度时，辅助加热自动取消；而当水箱温度在设定时间前未达到设定温度-5时，辅助加热自动启动，直到水箱温度T3大于设定值时停止加热。真正做到光电互补，既节电又保证全天候使用。
Ø 10、自动加热：可用辅助加热重复循环加热，使水箱温度恒定在设定温度附近。当水箱温度T3低于设定温度-5时，自动启动辅助加热，到水箱温度高于设定温度后停止。
Ø 11、定时间段管路循环：在设定时间段内，如果管路温度T4低于设定值，水箱温度T3高于设定值+5℃，启动管路循环泵P2，当T4高于设定温度+3℃或T3低于设定温度+3℃，停止P2。
Ø 12、防冻循环功能：当集热器顶部温度T1或集热器底部温度T2小于防冻设定温度时，水泵P1启动，进行循环防冻；当集热器顶部温度T1和集热器底部温度T2都大于设定温度+3℃，延时2分钟后防冻循环停止。
Ø 13、高温度保护：当集热器顶部温度T1>95℃时，P1不启动(按泵循环按键可启动P1，5分钟后停)；当T1<90℃时，恢复启动P1。
Ø 14、低水位保护：当水位为0格时，H1、P1、P2不启动。
Ø 15、停电保持：停电时，控制器内置电池能够维持系统时钟继续运行，能够连续运行1年以上，系统运行参数能够永久保存。
Ø 16、故障报警：将可能发生的故障显示在屏幕上，便于故障确认及维修。
Ø 17、宽电压工作：能够承受较宽的电压波动，耐高压、耐低压幅度较大。
Ø 18、安全防护：设有短路、过流、漏电、过温断电四种安全防护功能。
11.3.储热水箱满水位时，太阳能温差循环加热
当储热水箱水满时，为了防止水满溢流，智能控制器使太阳能系统自动转入温差循环。当太阳集热器水温高于储热水箱水温时，循环水泵自动启动，将储热水箱内较低温度的水泵入太阳集热器继续加热，同时将太阳集热器内较高温度的热水顶入储热水箱。如此，经过使储热水箱水温升高的方法储存太阳集热器吸收的太阳能。
11.4.太阳能不足时，自动启动生能空气源热泵辅助
智能控制器将随时监测储热水箱水温水位。在天气正常的情况下，储热水箱的水位在一天中不同的时间将达到不同的水位。如果在某一时间内，储热水箱的水位没有达到正常的水位，说明太阳能产热水不足或用户用热水过度，此时，智能控制器使辅助热泵系统自动启动，当达到正常水位时，智能使辅助能自动停止。
11.4.储热水箱水位全天24 小时不能低于最低警戒水位
除了在太阳能加热时间应达到正常水位，在每天下午达到满水位或设定水位外，在其它时间，储热水箱的水位都会不低于最低警戒水位， 以保证客人全天24小时供热水。当由于过度用水使水箱温度低于最低警戒水位时，智能控制器使热泵加热系统自动启动，使太阳集热器非定温向储热水箱供水，达到警戒水位时，热泵辅助加热自动停止。
11.5.储热水箱水温控制
当由于循环散热等原因，使储热水箱的水温低于设定值时（一般应设定在45～55℃之间），智能控制器会自动根据情况选择加热方式。当太阳能正常时，自动启动太阳能循环水泵，经过太阳能加热储热水箱内的水；当太阳能不足时，自动启动辅助加热，加热到设定温度，辅助加热自动停止。
11.6.用热水:采用循环供热水或直接供热水方式，设计时用水管道循环，一打开淋浴喷头很快就出热水，管道里一直热水，同时也避免冷水的浪费。

十二、设计思想
本设计基本原则是优先利用太阳能，热泵起辅助之作用，起到节约能源目的。
1） 、控制特点
根据甲方楼顶的实际特点，我们设计储热及供热8吨水箱一只，平板太阳能80㎡，生能空气源2台的系统；
设计说明：
1、为了能够充分利用太阳能，太阳能循环系统设置一台水箱10吨，在运行过程中，太阳能集热器能够不断地对水箱进行加热。热泵系统的水来自太阳能系统水箱，保证进入热泵系统的水都是经过太阳能系统预热的，如果水温达到供水要求，那么热泵系统不再启动，如果水温达不到供水要求，热泵启动继续加热。
2、一般设有温度检测，分为温度控制和时间控制两种；我们能够优先采用二者结合的方式来满足之，前期我们设置当水温水量不足时，热泵启动时间为下午17时（可调），首先热泵系统对来自太阳能系统热水进行时时检测，而且显示于控制器上，其中每个时间段的温度梯度，为了避免阳光不足时下午17点启动热泵后，对于热泵机组很难在短时间内产生热水问题，设置此功能，控制温度范围，能够提前启动热泵，比如下午15时检测到太阳能水温为40℃，距热泵启动前还有两小时，两小时过程中完全能够升至55℃，热泵不会提前启动，若此时检测低于30℃，热泵启动其中两台机组，与太阳能系统一起同时加热，16时检测仍低于35-40℃，另外两台热泵机组继续启动，同时在两个5吨出热水箱中都，备有快速电加热设备，能够保证应急使用，以上参数能够根据大致季节变化设置。
3、系统初始运行时，电磁阀经过太阳能系统上水至水箱溢流水位后，停止补水转由系统自动控制。
4、太阳能水箱同时设有浮球阀补水，随时保证水箱满水位。热泵水箱根据水箱液位和水箱水温控制，当SL2低液位信号和水箱内部高温信号同时送至电磁阀时，补水电磁阀和倒水泵同时打开进行补水；当SL2高液位信号和水箱内部温度开关低温信号任一送至电磁阀时，补水电磁阀和倒水泵关闭停止补水。水箱液位、温度的设定可根据实际情况调整。
5、太阳能集热系统采用温差循环。当集热器内的水温比水箱内水温的高出值大于设定温度时（建议设置为7℃），集热器循环泵启动；当集热器内的水温比水箱内水温的高出值小于设定温度时，集热器循环泵关闭。
6、热泵的启停受水箱温度时间控制。当水箱温度低于设定温度，与启动时间时，热泵启动加热；当水箱温度高于设定温度时，热泵关闭。
7、每只热泵水箱配27kW电加热管，由太阳能主板控制；
8、热泵水箱和太阳能水箱均设低液位保护，当液位低于SL1低液位时，停止所有系统工作，补水电磁阀打开，强制补水；当液位达到SL1高液位时，系统恢复正常。
9、太阳能集热器管路设有防冻循环措施。当循环管路水温低于设定温度时，开启集热器循环泵；当循环管路水温达到设定温度时，关闭水泵。
2）、热泵控制设计
热水系统设计优先利用太阳能选用的多台热泵机组在考虑在最不利条件下（冬季）的选型，机组分别都与水箱连成一体，当其中一机组出现故障时，另一机组不受影响，这样充分保证系统运行正常；当用热水量少时或者热泵工作环境高时，能够只开其中两台或者一台热泵，相互不受影响。
空气源热泵加热系统由微电脑控制，经过设定时间、设定温度启动停止热泵。具体来说，就是控制系统经过在设定的时间内，一旦检测到保温水箱内的水温低于温控仪设定的最低温度，空气源热泵启动，向保温水箱补充热量，直到保温水箱内的水温达到温控仪所设定的上限温度为止。当用水时间到后，保温水箱内水位随之降低，当降低到设定液位下限，此时补水泵工作，直至该水箱内的水位达到上限水位，如此重复，确保贵单位在任何天气条件下均有恒温热水使用，该设备具有缺水、满水保护、超温保护等功能，全自动运行，免人操作。
（4）、定温定水位补冷水
考虑为24小时用热水，故系统设计采取补冷水与液位、温度连锁控制，设定系统补冷水温度范围在55℃-50℃，设定热泵机组加热恒温工作范围在55℃-52℃。当温度在50℃-55℃之间，系统发出指令，补水电磁阀打开，开始补冷水，冷水补入后，水箱温度缓慢下降；当热泵机组检测到水箱水温低于50℃时，热泵机组开始工作加热；随着冷水的不断补入，当水箱温度下降到50℃以下，补水电磁阀关闭，系统停止补水；当水箱水在加热后温度不断升高，当温度高于50℃时，系统又开始补冷水。如此循环，直至达到水箱内的水位达到液位控制器控制水位；充分保证在高峰时用热水负荷和用热水温度。
十三、系统配件的选用
水箱选型
大容积水箱易出现水流短路和冷热水分层现象，根据试验高度为2m的热水箱，满水时最上面的水温与水箱底水温差达10℃以上，这一问题不解决势必影响系统供水的可靠性。
①、采用水箱内置有高位取水装置（专利产品）解决生活贮热水箱的水流短路和冷热水分层现象。

②、储热水箱设计使用寿命≥ 。
③、储热水箱设计合理，可满足太阳热水系统安全、稳定供水的要求，设有进出水口、溢流口、泄水口、温度感应器盲管、水位显示和人孔等装置。

储热水箱参数（立式）

容量（吨）
保温
材料（不锈钢）厚度
内胆厚（mm）
外胆厚（mm）
8吨
50mm/聚氨脂
1.0
0.8
④、储热水箱保温性能说明
保温水箱热损失计算：
水箱的热损失存在三种形式（传导、对流、辐射），但主要是热传导造成的（水箱内水在计算过程中视为静止）
聚氨酯泡沫的导热系数在0.018～0.022W/(m·°C)之间，此处取0.020 W/(m·°C)。为简化计算，进行以下的假设：
a、水箱内的水静止不动，内胆的厚度不计，聚氨酯保温层内表面的温度和保温水箱内水温相等为t1，外壳玻璃钢的厚度不计，保温层外壁的温度和环境温度相等为t2；
b、水箱水温恒定；
保温水箱的热损主要包括两个部分，桶壁和上下端盖，设桶壁的热流密度为q1，上下端盖的热流密度为q2，聚氨酯保温材料的导热系数为λ，保温材料厚度为δ，桶壁高度L，桶壁保温层的内半径为r1，外半径为r2，端盖的面积分别为A，则根据相关的传热学公式，有
上下端盖的单位面积热损为：q1＝λ·（t1－t2）/δ
桶壁单位长度热损为：q2＝ 2πλ（t1－t2）/ ln（r2/r1）
则整个水箱总热损为：Q＝2q1·A＋q2·L
当t1－t2＝50°C时，保温水箱的热损Q和24小时温降为：3～4℃
由上述数据可知，当水箱内热水和环境温差为50°C时，盛满15吨热水的保温水箱24小时损失的热量仅可导致7.55吨热水降温3°C，保温水箱的保温效果相当的好。
理论计算的假设条件均理想化，实际上由于保温水箱存在排气孔、电加热螺母处没有保温层以及保温水箱顶部为拱形实际的表面积比计算中假设的模型要大，因此计算的热损失结果偏低，保温水箱24小时实际热损约为4℃左右。
3、泵、管道设计
①、系统水泵：HJ立式多级离心泵
HJ韩进水泵安装标准电机的非自吸式多级离心泵，电机轴经过泵头用轴联器直接与泵轴连接，拉杆螺栓将耐压筒、过流部件固定在泵头和进出水段之间，泵进出水口在泵底同一直线上；本泵可根据需要配置智能保护器，对泵干转、缺相、过载等进行有效保护。
电机
电机为全封闭，风冷式二极标准电机。
防护等级：IP55
绝缘等级：F
标准电压，
50Hz：
1×220－230/240V
3×200－220/346－380V
3×220－240/380－415V
3×380－415V
60Hz：
3×200－230/346－400V
3×220－255/380－440V
3×220－227/380－480V
加热系统全部水泵选用浙江韩进水泵有限公司生产的“HJ”系列热水型专用水泵，该泵采用高效叶轮，噪音更小，采用耐高温、高压、抗耐磨的高强度机械密封件，不漏水，寿命长。
型号
功率（KW）
流量（m3/h）
流程（m）
HJ-180
0.37
5
10
HJ-250
0.37
8
13
HJ-400
0.75
10
17
4、电磁阀、管道的选取

2、热泵机组循环管道、水箱供水管道：全部采用浙江金洲钢管和相应的管件。该管道不易变形，抗压能力强
3、管道试压
系统管道安装完毕，保温之前进行水压试验。试验压力为工作压力的1.5倍，但不小于0.6兆帕，试验时间为2—3min。
本系统以顶点工作压力加0.2兆帕作水压试验。同时在系统顶点的试验压力不得小于0.4兆帕。检验方法：系统在实验压力下十分钟内的压力降不得大于0.02兆帕，降至工作压力后检查不渗不漏。
4、管道清洗
系统安装完毕并经试压合格后，应对系统重复注水，排水，直至排出水中不含泥沙，铁屑等杂质。
5、管道保温
本系统管道全部采用聚乙烯（橡塑）保温管，该管密度小，导热系数小，适用温度范围广，安装较简单。

保温层厚度：
管径DN/mm
热水供、回水管
15、20
25～50
65～100
>100
保温层厚度/mm
20
20
30
40-50
6、套管
本系统工程全部热水管道保温后，户外部分采用0.2mm厚铝皮咬口工艺保护，户内部分采用铝箔布保护。
7、阀门（止回阀、调节阀、球阀、多功能阀）
a、选用全铜材质阀门。
b、系统在配水干管最高处向上抬升高的管段设有排气阀，阀下设检修用阀门。
c、热水供回水干管上装有温度传感器。
d、系统所有泵（阀）前后均装有检修用阀门。
e、在热水供应系统的管道下列管段上、循环水泵的出水管上装有止回阀。
f、每组集热器的进出水口管道装有辅助阀门。

8、温度控制器采用上海精创电器制造有限公司生产的。该产品的功能特点为：制冷制热及报警输出模式可选，温度控制采用回差方式，用户参数设置与管理者菜单设
置，用户温度设置上下限限制，传感器故障时，压机定时工作。压机延时可调，温度校正，报警。通用型。
技术数据：
电源电压：220V