3.5 系統(tǒng)的各個(gè)運(yùn)行工況
1) 冬季采暖工況：熱泵系統(tǒng)在采暖工況下運(yùn)行的時(shí)候，利用太陽能作為熱泵的熱源，以熱泵系統(tǒng)的冷凝器加熱循環(huán)水，制取的熱水送入蓄熱水箱，用于冬季采暖，直接送至空調(diào)末端系統(tǒng)。
此時(shí)，系統(tǒng)循環(huán)工作過程為：白天，制冷劑經(jīng)膨脹閥節(jié)流后流入太陽能集熱/蒸發(fā)器中，通過吸收太陽能熱量而蒸發(fā)，隨后經(jīng)氣液分離器的分離作用使制冷劑蒸汽被壓縮機(jī)吸入，產(chǎn)生的高溫高壓蒸汽首先被排入冷凝盤管與生活熱水箱中的水進(jìn)行換熱，一部分蒸汽得到冷凝，此后濕蒸汽又流入板式換熱器繼續(xù)冷凝，一部分熱量用于房間采暖，另一部分則被蓄存起來，冷凝后的液態(tài)制冷劑經(jīng)單向閥、儲(chǔ)液器、干燥過濾器和膨脹閥流回太陽能集熱/蒸發(fā)器重新吸收太陽能，從而完成一次循環(huán)。夜間，如果蓄熱水箱中的水溫足夠高，則通過空調(diào)末端循環(huán)直接從蓄熱水箱中取熱，不必啟動(dòng)熱泵機(jī)組。但是，如果白天蓄存的熱量不足以滿足夜間（或陰雨天）連續(xù)采暖的需要，則電磁三通閥開啟旁通管路，利用室外風(fēng)機(jī)盤管換熱器作為系統(tǒng)的輔助熱源裝置，以滿足房間采暖的舒適性要求。
2) 夏季空調(diào)工況：四通閥門換向，將熱泵系統(tǒng)的采暖工況轉(zhuǎn)為制冷工況，以太陽能集熱板作為冷凝器（此時(shí)可節(jié)約常規(guī)室外風(fēng)機(jī)盤管換熱器的風(fēng)機(jī)耗電），利用系統(tǒng)的蒸發(fā)器冷凍循環(huán)水，制取的冷水送入蓄冷水箱，儲(chǔ)存的冷量可在次日用于空調(diào)。這樣，就有效地利用了夜間的低價(jià)谷電，利于城市電力的移峰填谷。
通過四通換向閥的換向，將太陽能集熱/蒸發(fā)器用作夜間輻射散熱/冷凝器，輻射散熱/冷凝器的進(jìn)口經(jīng)四通換向閥與冷凝盤管的出口相連，與此同時(shí)將蓄熱水箱切換為蓄冷水箱，而板式換熱器的出口則經(jīng)四通換向閥與氣液分離器的進(jìn)氣口連接起來，其余部件之間的連接關(guān)系保持不變。
此時(shí)，系統(tǒng)循環(huán)工作過程為：夜間，從壓縮機(jī)出來的制冷劑蒸汽首先流入冷凝盤管，通過加熱生活熱水而部分冷凝，然后濕蒸汽經(jīng)四通換向閥流入夜間輻射散熱/冷凝器，通過對(duì)流和輻射散熱繼續(xù)冷凝，得到的液態(tài)制冷劑經(jīng)單向閥、儲(chǔ)液器、干燥過濾器及膨脹閥流入板式換熱器內(nèi)，通過吸收蓄冷水箱循環(huán)水的熱量而蒸發(fā)，使得水溫的不斷下降，制得的冷水一部分供夜間空調(diào)使用，另一部分蓄存在水箱中供白天空調(diào)使用，蒸發(fā)后的制冷劑經(jīng)氣液分離器又重新被壓縮機(jī)吸入、壓縮，從而完成一次循環(huán)。如果夜間蓄存的冷量足以滿足白天空調(diào)的需要，則可以利用空調(diào)末端循環(huán)直接從蓄冷水箱中提取冷量，不必啟動(dòng)熱泵機(jī)組。如果夜間蓄冷量不足，則啟動(dòng)熱泵機(jī)組，開啟電磁三通閥的旁通管路，采用室外風(fēng)機(jī)盤管換熱器作為系統(tǒng)的輔助冷凝器，以保證白天房間空調(diào)的需要。
3) 過渡季熱水工況，可通過降低壓縮機(jī)的頻率來減少制冷劑的循環(huán)量，同時(shí)開啟電磁閥，使得制冷劑蒸氣在冷凝盤管中全部冷凝用于生產(chǎn)熱水，而冷凝后的制冷劑液體經(jīng)換熱盤管的旁通管直接流入儲(chǔ)液器中。
4) 除濕工況：需要進(jìn)行除濕的時(shí)候，系統(tǒng)按冬季采暖工況運(yùn)行，將蓄熱水箱內(nèi)的熱水作為再生熱源提供給液體除濕系統(tǒng)的再熱器。根據(jù)文獻(xiàn)[7]的報(bào)道，采用價(jià)格低廉的氯化鈣為除濕溶液時(shí)，太陽能液體除濕系統(tǒng)再生器的除濕溶液進(jìn)口溫度（即再生溫度）為50～75℃。以目前普通太陽能集熱器的技術(shù)水平，能夠制取的熱水溫度在80℃～90℃左右[10]。所以，利用太陽能熱水對(duì)除濕溶液進(jìn)行再生，只要保證熱水的供應(yīng)量，是能夠滿足要求的。
本系統(tǒng)各個(gè)工況下，每當(dāng)太陽能不能滿足要求時(shí)，啟動(dòng)輔助冷/熱源——室外風(fēng)機(jī)盤管換熱器，以保證采暖或制冷工況運(yùn)行的連續(xù)性和穩(wěn)定性。
4 結(jié)論
1) 將太陽能熱利用技術(shù)與熱泵技術(shù)有機(jī)地結(jié)合起來，可同時(shí)提高太陽能集熱器和熱泵機(jī)組的熱力性能；
2) 水蓄能（尤其是夏季蓄冷）能夠起到 “移峰填谷” 、平衡用電的作用，系統(tǒng)簡(jiǎn)單，性能系數(shù)高，值得推廣；
3) 除濕技術(shù)與熱泵系統(tǒng)相結(jié)合，進(jìn)行熱濕分擔(dān)的空氣處理過程，既可提高的機(jī)組的性能系數(shù)、節(jié)約用能，又可解決常見的空調(diào)箱內(nèi)冷凝水導(dǎo)致霉菌滋生的問題。
綜上所述，本文提出了適用于生態(tài)建筑合理地利用并節(jié)約能源進(jìn)行冬季采暖、夏季空調(diào)和全年供應(yīng)熱水的太陽能除濕熱泵系統(tǒng)，該系統(tǒng)集成了太陽能熱泵、水蓄能和液體除濕技術(shù)，是這幾種節(jié)能技術(shù)的優(yōu)化組合。
這一系統(tǒng)，適用于冬季不太冷、夏季濕熱的國(guó)內(nèi)南方地區(qū)。廣大南方地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展迅速，生態(tài)建筑近年來有望在這些地區(qū)得到推廣和普及。目前，上海市建筑科學(xué)研究院正在上海閔行地區(qū)建造生態(tài)建筑辦公樣板樓，其需要集成的關(guān)鍵技術(shù)達(dá)十項(xiàng)之多（自然通風(fēng)、天然采光、超低能耗、健康空調(diào)、再生能源、綠色建材、智能控制、生態(tài)綠化、資源回用、舒適環(huán)境），這些關(guān)鍵技術(shù)的研究和集成，即是為推廣生態(tài)建筑作必要的理論和實(shí)踐準(zhǔn)備。本文提出太陽能除濕熱泵系統(tǒng)，希望為生態(tài)建筑的空調(diào)系統(tǒng)集成提供一種新的思路。
1) 冬季采暖工況：熱泵系統(tǒng)在采暖工況下運(yùn)行的時(shí)候，利用太陽能作為熱泵的熱源，以熱泵系統(tǒng)的冷凝器加熱循環(huán)水，制取的熱水送入蓄熱水箱，用于冬季采暖，直接送至空調(diào)末端系統(tǒng)。
此時(shí)，系統(tǒng)循環(huán)工作過程為：白天，制冷劑經(jīng)膨脹閥節(jié)流后流入太陽能集熱/蒸發(fā)器中，通過吸收太陽能熱量而蒸發(fā)，隨后經(jīng)氣液分離器的分離作用使制冷劑蒸汽被壓縮機(jī)吸入，產(chǎn)生的高溫高壓蒸汽首先被排入冷凝盤管與生活熱水箱中的水進(jìn)行換熱，一部分蒸汽得到冷凝，此后濕蒸汽又流入板式換熱器繼續(xù)冷凝，一部分熱量用于房間采暖，另一部分則被蓄存起來，冷凝后的液態(tài)制冷劑經(jīng)單向閥、儲(chǔ)液器、干燥過濾器和膨脹閥流回太陽能集熱/蒸發(fā)器重新吸收太陽能，從而完成一次循環(huán)。夜間，如果蓄熱水箱中的水溫足夠高，則通過空調(diào)末端循環(huán)直接從蓄熱水箱中取熱，不必啟動(dòng)熱泵機(jī)組。但是，如果白天蓄存的熱量不足以滿足夜間（或陰雨天）連續(xù)采暖的需要，則電磁三通閥開啟旁通管路，利用室外風(fēng)機(jī)盤管換熱器作為系統(tǒng)的輔助熱源裝置，以滿足房間采暖的舒適性要求。
2) 夏季空調(diào)工況：四通閥門換向，將熱泵系統(tǒng)的采暖工況轉(zhuǎn)為制冷工況，以太陽能集熱板作為冷凝器（此時(shí)可節(jié)約常規(guī)室外風(fēng)機(jī)盤管換熱器的風(fēng)機(jī)耗電），利用系統(tǒng)的蒸發(fā)器冷凍循環(huán)水，制取的冷水送入蓄冷水箱，儲(chǔ)存的冷量可在次日用于空調(diào)。這樣，就有效地利用了夜間的低價(jià)谷電，利于城市電力的移峰填谷。
通過四通換向閥的換向，將太陽能集熱/蒸發(fā)器用作夜間輻射散熱/冷凝器，輻射散熱/冷凝器的進(jìn)口經(jīng)四通換向閥與冷凝盤管的出口相連，與此同時(shí)將蓄熱水箱切換為蓄冷水箱，而板式換熱器的出口則經(jīng)四通換向閥與氣液分離器的進(jìn)氣口連接起來，其余部件之間的連接關(guān)系保持不變。
此時(shí)，系統(tǒng)循環(huán)工作過程為：夜間，從壓縮機(jī)出來的制冷劑蒸汽首先流入冷凝盤管，通過加熱生活熱水而部分冷凝，然后濕蒸汽經(jīng)四通換向閥流入夜間輻射散熱/冷凝器，通過對(duì)流和輻射散熱繼續(xù)冷凝，得到的液態(tài)制冷劑經(jīng)單向閥、儲(chǔ)液器、干燥過濾器及膨脹閥流入板式換熱器內(nèi)，通過吸收蓄冷水箱循環(huán)水的熱量而蒸發(fā)，使得水溫的不斷下降，制得的冷水一部分供夜間空調(diào)使用，另一部分蓄存在水箱中供白天空調(diào)使用，蒸發(fā)后的制冷劑經(jīng)氣液分離器又重新被壓縮機(jī)吸入、壓縮，從而完成一次循環(huán)。如果夜間蓄存的冷量足以滿足白天空調(diào)的需要，則可以利用空調(diào)末端循環(huán)直接從蓄冷水箱中提取冷量，不必啟動(dòng)熱泵機(jī)組。如果夜間蓄冷量不足，則啟動(dòng)熱泵機(jī)組，開啟電磁三通閥的旁通管路，采用室外風(fēng)機(jī)盤管換熱器作為系統(tǒng)的輔助冷凝器，以保證白天房間空調(diào)的需要。
3) 過渡季熱水工況，可通過降低壓縮機(jī)的頻率來減少制冷劑的循環(huán)量，同時(shí)開啟電磁閥，使得制冷劑蒸氣在冷凝盤管中全部冷凝用于生產(chǎn)熱水，而冷凝后的制冷劑液體經(jīng)換熱盤管的旁通管直接流入儲(chǔ)液器中。
4) 除濕工況：需要進(jìn)行除濕的時(shí)候，系統(tǒng)按冬季采暖工況運(yùn)行，將蓄熱水箱內(nèi)的熱水作為再生熱源提供給液體除濕系統(tǒng)的再熱器。根據(jù)文獻(xiàn)[7]的報(bào)道，采用價(jià)格低廉的氯化鈣為除濕溶液時(shí)，太陽能液體除濕系統(tǒng)再生器的除濕溶液進(jìn)口溫度（即再生溫度）為50～75℃。以目前普通太陽能集熱器的技術(shù)水平，能夠制取的熱水溫度在80℃～90℃左右[10]。所以，利用太陽能熱水對(duì)除濕溶液進(jìn)行再生，只要保證熱水的供應(yīng)量，是能夠滿足要求的。
本系統(tǒng)各個(gè)工況下，每當(dāng)太陽能不能滿足要求時(shí)，啟動(dòng)輔助冷/熱源——室外風(fēng)機(jī)盤管換熱器，以保證采暖或制冷工況運(yùn)行的連續(xù)性和穩(wěn)定性。
4 結(jié)論
1) 將太陽能熱利用技術(shù)與熱泵技術(shù)有機(jī)地結(jié)合起來，可同時(shí)提高太陽能集熱器和熱泵機(jī)組的熱力性能；
2) 水蓄能（尤其是夏季蓄冷）能夠起到 “移峰填谷” 、平衡用電的作用，系統(tǒng)簡(jiǎn)單，性能系數(shù)高，值得推廣；
3) 除濕技術(shù)與熱泵系統(tǒng)相結(jié)合，進(jìn)行熱濕分擔(dān)的空氣處理過程，既可提高的機(jī)組的性能系數(shù)、節(jié)約用能，又可解決常見的空調(diào)箱內(nèi)冷凝水導(dǎo)致霉菌滋生的問題。
綜上所述，本文提出了適用于生態(tài)建筑合理地利用并節(jié)約能源進(jìn)行冬季采暖、夏季空調(diào)和全年供應(yīng)熱水的太陽能除濕熱泵系統(tǒng)，該系統(tǒng)集成了太陽能熱泵、水蓄能和液體除濕技術(shù)，是這幾種節(jié)能技術(shù)的優(yōu)化組合。
這一系統(tǒng)，適用于冬季不太冷、夏季濕熱的國(guó)內(nèi)南方地區(qū)。廣大南方地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展迅速，生態(tài)建筑近年來有望在這些地區(qū)得到推廣和普及。目前，上海市建筑科學(xué)研究院正在上海閔行地區(qū)建造生態(tài)建筑辦公樣板樓，其需要集成的關(guān)鍵技術(shù)達(dá)十項(xiàng)之多（自然通風(fēng)、天然采光、超低能耗、健康空調(diào)、再生能源、綠色建材、智能控制、生態(tài)綠化、資源回用、舒適環(huán)境），這些關(guān)鍵技術(shù)的研究和集成，即是為推廣生態(tài)建筑作必要的理論和實(shí)踐準(zhǔn)備。本文提出太陽能除濕熱泵系統(tǒng)，希望為生態(tài)建筑的空調(diào)系統(tǒng)集成提供一種新的思路。