武婷婷　馬茸　郟玲玲　張琦

摘要：作為新能源，太陽能具有普遍、環(huán)保、長久等優(yōu)點(diǎn)，我國的太陽能資源很豐富，具有良好的太陽能利用條件。目前太陽能使用最多的是在供熱和光伏發(fā)電兩方面，由于受地區(qū)、季節(jié)、天氣、時間等方面的影響，太陽能不是很穩(wěn)定，為保證熱水供應(yīng)溫度的穩(wěn)定，太陽能熱水系統(tǒng)必須配備輔助熱源。目前出現(xiàn)電輔助加熱、熱泵輔助加熱、燃?xì)廨o助加熱等輔助加熱方式。

關(guān)鍵詞：太陽能；熱水器；輔助加熱

1.電加熱

電加熱作為輔助熱源，一般多用于集熱器與熱水箱為一體的太陽能熱水器。由于電加熱比較方便，故電加熱常被選用作為一種輔助加熱方法。目前絕大部分廠家采用的方法是在太陽能熱水器的水箱里安裝電加熱管。原理圖如圖：

優(yōu)缺點(diǎn)分析：優(yōu)點(diǎn)就是方便，且成本較低，不需要復(fù)雜的技術(shù)問題，但越簡單越凸顯其缺點(diǎn)存在。①首先是電加熱的能耗比低，且作為二次能源，不節(jié)能。②封閉式熱水器、出口敞開式熱水器、水箱式熱水器、水槽供水式熱水器、低壓式熱水器等這幾種熱水器的電輔助加熱結(jié)構(gòu)缺少對水位的控制，在正常使用中經(jīng)常會出現(xiàn)儲水箱內(nèi)水位低于電熱管平面，使電熱管出現(xiàn)干燒現(xiàn)象。③太陽能熱水器中的電輔助裝置內(nèi)一般裝有的熱熔斷體

圖-1電加熱原理圖 或非自復(fù)位的熱斷路器溫度在140℃一190℃之間。在太陽能熱水器出現(xiàn)空曬的情況下，其儲水箱中空氣溫度常常能達(dá)到200℃一300℃。因此，其內(nèi)的熱保護(hù)裝置在空曬的熱沖擊下斷開，使電輔助加熱裝置失靈而不能使用。④目前市場上太陽能熱水器輔助電加熱器的控制系統(tǒng)幾乎都不具有溫度控制功能，有些熱水器即使有此功能，也由于控制精度不高，存在過燒現(xiàn)象而嚴(yán)重浪費(fèi)電能。由此可見電輔助加熱存在較大的安全隱患。

2.熱泵加熱

熱泵技術(shù)是利用少量高品位的電能作為驅(qū)動能源，從低溫?zé)嵩次盏推肺粺崮?，并將其傳輸給高溫?zé)嵩?，以達(dá)到制熱的目的。通常是以消耗一部分電能為補(bǔ)償，通過熱力循環(huán)，將環(huán)境介質(zhì)水、地?zé)嵩础⒖諝獾荣A存的能量（熱量）加以利用。熱泵輔助加熱包括地源熱泵加熱、空氣源熱泵、水源熱泵等。特殊的應(yīng)用場所，如軍事設(shè)施、野外作業(yè)、船舶等電力相對緊張，采用常規(guī)電動熱泵作為系統(tǒng)的輔助熱源不可行或不經(jīng)濟(jì).因此需將目前研究較廣的內(nèi)燃發(fā)動機(jī)驅(qū)動的熱泵系統(tǒng)作為其輔助熱源。其中空氣源熱泵以其具安裝簡單方便，運(yùn)行可靠性高，節(jié)省占地面積等優(yōu)點(diǎn)而應(yīng)用廣泛。下以空氣源熱泵加熱為例分析。

原理圖如圖：

當(dāng)熱水箱1中上部的水溫高于50度時，V2開啟，V1、V3關(guān)閉，太陽能熱水子系統(tǒng)直接向用戶供生活熱水，空氣源熱泵輔助加熱太陽能熱水系統(tǒng)以常規(guī)的太陽能熱水器模式運(yùn)行。當(dāng)熱水箱1中上部的水溫低于45度時，V2關(guān)閉，V1、V3開啟，太陽能熱水子系統(tǒng)產(chǎn)生的低溫?zé)崴M(jìn)入熱水箱2，由空氣源熱泵機(jī)組進(jìn)一步加熱。優(yōu)缺點(diǎn)分析：①不僅節(jié)能、減排明顯，具有最好的環(huán)境效益，其經(jīng)濟(jì)性也較好，減少氮氧化物等有害氣體的排放。②空氣源熱泵機(jī)組運(yùn)行的自動化調(diào)控比較簡單，且安全可靠，其使用壽命可達(dá)10年以上，與太陽能熱水系統(tǒng)的使用壽命能很好地理匹配。但是由于系統(tǒng)的制冷量隨著室外溫度的下降而迅速下降，而需熱量卻隨著室外溫度的下降而迅速上升，當(dāng)外界溫度較低時，系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性會變得很差。與電熱水器相比，熱泵熱水器可節(jié)約大量高品位電能，但每天仍需消耗一定量的電能。

3.燃?xì)?、油輔助加熱

燃?xì)馊加洼o助加熱是最早投入使用的輔助加熱方式。原理圖如圖：

在太陽能足夠的情況下，自來水由太陽能熱水器加熱，經(jīng)閥1、閥3流向水流開關(guān)進(jìn)入混合閥；當(dāng)陽光不足，太陽能不足以提供足夠熱量是，太陽能熱水器儲熱水箱內(nèi)的水經(jīng)閥1、閥2，進(jìn)入燃油燃?xì)鉄崴?，由其進(jìn)行二次加熱，當(dāng)達(dá)到足夠溫度時，經(jīng)閥1流向水流開關(guān)使用。優(yōu)缺點(diǎn)分析：①燃油、氣是一次能源，利用率高，運(yùn)行操作簡單，調(diào)節(jié)容易，易于實(shí)現(xiàn)自動控制，且結(jié)構(gòu)緊湊。②燃油燃?xì)饧訜岵粌H要考慮二氧化碳、一氧化碳、硫化氣體等其他污染物的排放，而且還要考慮油、氣的儲備等問題。③另外，燃?xì)鉄崴餍枰^高的啟動水壓，這對于高層用戶來說使用起來較為困難，且燃?xì)鉄崴魇褂脡勖^短。基于節(jié)能環(huán)保和經(jīng)濟(jì)效益的考慮，燃油、氣輔助加熱沒有得到廣泛應(yīng)用。

4.綜合分析

輔助熱源的選擇應(yīng)綜合考慮各種因素，包括經(jīng)濟(jì)性、環(huán)保性、工作穩(wěn)定性等。從經(jīng)濟(jì)性及環(huán)保性出發(fā)，空氣源熱泵都是最優(yōu)選擇，功耗小，且利用清潔資源，電加熱是二次能源利用，效率不高且功耗大，燃油、氣加熱不僅排出大量有害氣體，而且消耗大量優(yōu)質(zhì)資源。但從工作穩(wěn)定性來講，空氣源熱泵易受環(huán)境影響，而其他兩種則工作穩(wěn)定。不同地區(qū)，對4種常見輔助熱源選擇應(yīng)根據(jù)當(dāng)?shù)貧夂?、環(huán)境條件、能源價格等因素，進(jìn)行經(jīng)濟(jì)技術(shù)比較后，綜合考慮確定。

作者簡介：

武婷婷（1995—）女，漢族，河南濮陽市人，學(xué)生，本科在校生，單位：鄭州大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院機(jī)械工程及自動化，研究方向：機(jī)械工程及自動化。

馬茸（1994.12.30-），女，漢族，云南省曲靖市人，學(xué)生，本科在校生，單位：鄭州大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院機(jī)械工程及自動化，研究方向：機(jī)械工程及自動化。

郟玲玲（1993-）女，漢族，河南駐馬店市人，學(xué)生，本科在校生，單位：鄭州大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院機(jī)械工程及自動化，研究方向：機(jī)械工程及自動化。

張琦（1993-），女，漢族，黑龍江雙鴨山市人，學(xué)生，本科在校學(xué)生，單位：鄭州大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院機(jī)械工程及自動化，研究方向：機(jī)械工程及自動化。