引言大面积使用太阳能供暖存在施工安装面积有限、缺少大容量蓄热体、阴雨天气或夜间工况下不能保障供暖需求、经济性不佳等问题[1]。在寒冷地区也会采用低温空气源热泵供热，空气源热泵在运行过程虽不存在热平衡问题，但长时间运行增加系统功耗[2]。实际上，基于太阳能供热和低温空气源热泵各自的利弊，将两者结合能有效提高制热能力和制热效率。1工程介绍本研究选择济南某工业园综合办公楼及餐厅。办公楼建筑面积16 900 m2，包括地上四层和地下一层，建筑主体高度23.2 m。餐厅建筑面积1 100 m2，共一层。办公楼和餐厅于2003年建成，建筑热指标约85 w/m2，总热负荷约1.53 MW。冷指标约120 w/m2，总冷负荷约2.16 MW。办公楼和餐厅供热采用蒸汽锅炉，制冷采用冷水机组。厂区位置示意图如图1所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2021.07.020.F001图1厂区位置示意图2空气源热泵及太阳能集热器选型与布置空气源热泵额定制热量70 kW，选择24台空气源热泵。室外机方案布置如图2所示。太阳能集热器现场可利用面积2 500 m2，热水箱容积150 m3，每8 m2太阳能集热器可换取1 m3热水，日产热水量约315 m3。屋顶太阳能集热器布置平面图如图3所示。随着太阳能集热效果增强，办公楼热负荷逐渐减小、热水箱集热效率逐渐升高。10.3969/j.issn.1004-7948.2021.07.020.F002图2空气源热泵室外机及水箱布置图10.3969/j.issn.1004-7948.2021.07.020.F003图3屋顶太阳能集热器布置平面图3供暖系统方案分析根据办公楼采暖负荷100%配置空气源热泵，同时在办公楼和餐厅屋顶设置太阳能集热器，冬季集热器收集能量配置相应的蓄热水箱和板式换热器。冬季太阳能充足时，优先采用太阳能供暖，不足部分由空气源热泵供给；当太阳能蓄热不足时，完全由空气源热泵为办公楼和餐厅提供采暖需求。白天室外温度较好的情况下使用空气源向建筑物供暖低位热源；室外温度恶化时，空气源热泵运行工况恶化，能效比急剧下降，此时启动太阳能系统，始终保持热泵的高能效比。非采暖季，太阳能可用于生产热水，或者转换成制冷模式向建筑物供冷。热泵热源温度的高低是影响热泵运行性能与经济性的主要因素之一。在一定的供热温度下，热泵热源温度与供热温度之间温差越小，热泵的理论能效比就越大。若阴雨天气，空调系统回水直接进入模块机组供暖。相应的太阳能热水系统、空气源热泵系统的进出水管均设置电动控制阀，联动控制，保证系统运行可靠性。本次改造，原系统冷冻水泵宜增设变频器，末端负荷流量与冷冻水泵联动，去模块机组联动控制，根据末端负荷变化开启相应模块机组数量，且根据末端运行负荷，当末端负荷仅为总负荷的1/3时，夏季采用空气源热泵运行制冷，停止冷水机组及冷却水泵、冷却塔运行。电气控制系统是本工程运行的重要组成部分，本系统电气控制实现智能化控制，如：自动上水、水满自停、显示水温水位、自动控制相应阀门等。电气自动控制运行图如图4所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2021.07.020.F004图4电气自动控制运行图利用太阳能蓄热水箱，将太阳能得热量蓄积到水箱中。当太阳能集热器出口温度达到设定温度60 ℃时，上水电磁阀启动，自来水将集热器中的高温水顶入贮热水箱；当集热器出口温度T1达到设定温度45 ℃时，上水电磁阀关闭。如此往复循环，贮热水箱中的水位逐步上升，当贮热水箱水位达100%时，上水电磁阀自锁停止运行。当集热器出口温度大于贮热水箱温度8 ℃时，集热循环泵启动，集热循环泵将贮热水箱底部低温热水输送到集热器，将集热器中的高温水顶入贮热水箱；当集热器出口温度T1不大于贮热水箱温度2 ℃时，集热循环泵关闭。当室外管道末端温度低于设定温度4 ℃时，集热循环泵启动，将贮热水箱中的高温水顶入集热系统，当室外管道末端温度高于设定温度8 ℃时，集热循环泵关闭。当太阳能蓄热水箱温度为60 ℃时，联动关闭相应的空气源热泵循环管道，启动换热器管道电动阀，空调系统回水进入换热器，且回水管道设置混水泵，混水后管道设置温度计，设定温度为45 ℃，后进入空调末端。当蓄热水箱底部温度为45 ℃时，启动相应电磁阀，并关闭混水后进入供水管道电磁阀，相应进入空气源热泵室外机，启动空气源热泵系统，将水温提高到45 ℃提供末端热量。当太阳能底部温度为42 ℃时，关闭换热器处相应电磁阀，启动空气源热泵管路处的阀门并启动室外机运行，利用空气源热泵系统进行供暖。4结语根据2020年实际运行情况，在保证室内温度20 ℃的情况下，供暖季每日8：00至24：00，用电量1 196 kWh/d，在电费0.81 元/kWh情况下，比原市政供暖运行费低80%，比单热泵供暖系统运行费低30%。相比于单一空气源热泵，联合供暖系统具有的优点：（1）实现太阳能和空气能两种可再生能源的同时利用，更加节能环保。（2）通过各个单一系统之间的集成，兼具太阳能和空气能各自的优点，同时又对单一系统进行互补，弥补各自系统缺陷，极大地提高了系统的能源利用效率。（3）实现多种不同运行模式，更好地满足用户对供热和生活热水的需求，实现系统全年运行，提高了设备的年利用率。