太阳能_地埋管地源热泵的地板采暖及生活热水供应系统浅.doc

本文由梦豆角贡献 pdf文档可能在WAP端浏览体验不佳。建议您优先选择TXT，或下载源文件到本机查看。 公用工程设计 Public Utilities Design 【文章编号】 1007-9467 （2010 05-0079-03 ） 太阳能 - 地埋管地源热泵的地板 采暖及生活热水供应系统浅论 余茂林 （京兴国际工程管理公司,北京 100089 ） 张宇， 【摘 要】 介绍了太阳能 - - 地埋管地源热泵在严寒地区联合 使用的地板辐射采暖系统以及在冬暖夏热地区并联使用的热 水供应系统。分别介绍了二个系统的组成、 运行模式、 运行规 实践证明该套系统是成功的， 达到因地制宜和节能 则及特点。 的目的。 太阳能; 地埋管地源热泵; 地板采暖; 热水系统; 运行 【关键词】 模式、 规则及特点 【中图分类号】 TU833.+1 【文献标志码】 B 1 所示。 该系统主要由四个子系组成，分别为太阳能集 热系统， 热泵机组、 地埋管换热系统和地板辐射供暖 通过板式换热器 供冷系统。各子系统均为闭环系统， 进行换热。 膨胀水箱 P1 1 太阳能 - 地埋管地源热泵地板辐射采暖 1. 1 太阳能 - 地埋管热泵供暖其优热性 太阳能是一 种 清 洁 的 可 再 生 能 源 , 取 之 不 尽 , 用之不竭; 地表浅层是一个巨大的太阳能集热 器 , 收 集 了 47% 的 太 阳 辐 射 到 地 球 上 的 热 量 , 因 此,浅层地热能也是一种无限的、 清洁的可再生能 源。 太阳辐射受到昼夜和阴雨天气等因素影响,具有 间歇性和不稳定性,单独利用太阳能进行供暖需要很 大的集热器面积,而且需要庞大的蓄热装置或备用热 源.太阳能 - 地埋管地源热泵系统是将太阳能和浅层 地热能相结合利用的一种系统形式,既利用了这两种 清洁可再生能源,又能克服各自的缺点,这是比较完 美的系统相结合的一种典范。 1. 2 系统组成和运行模式 1.2.1 系统组成 太阳能 - 地埋管地源热泵供暖系统原理图如图 太阳能集热器 板式换热器 板式换热器 P2 辐射地板 地埋管换热器 热泵 图 1 太阳能 - 地埋管地源热泵供暖系统原理图 1.2.2 系统运行模式 该系统的冬季运行模式有如下三种： 1)太阳能和地埋管地源热泵交替供暖 即白 天晴天利用太阳能集热器收集的热量直接供暖， 阴 天和晚上采用地埋管地源热泵供暖。这种运行模式 的好处是直接利用太阳能供暖而不经过热泵，能节 省一部份电能，而且省去了蓄热水箱，减少了初投 资； 同时地埋管换热器间歇运行， 使土壤温度得到及 时恢复， 热泵供热系数较为稳定。 2)太阳能热泵和地埋管地源热泵交替供暖 即白天太阳能集热器的水温达不到供暖要求的水 79 公用工程设计 Public Utilities Design 温， 所以通过热泵提升水温后再供暖。 3)同时利用两种热源的联合供暖 即同时利 用太阳能集热水温经板换提高地埋管循环水温再通 过热泵机组， 水温达到要求后供热。 1. 3 系统供暖性能评价参数及实验结果 介绍的实验地点为我国严寒地区哈尔滨市， 供 暖实验时间为 2007 年 12 月 5 日开始，连续运行至 2008 年 4 月 15 日，共 132d。其中 2008 年 3 月 15 日4 月 15 日为供暖末期， 热泵停止运行， 仅靠太阳 能直接供暖。供暖实验结果见下表 1。 表 1 供暖实验结果 /d Q /GJ W / GJ /GJ COP P/% 从表 1 可以看出，系统供暖性能系数达到 8 以 上， 热泵性能系数达到 4 以上， 所以此套系统节能效 果显著。而供暖保证率偏低， 主要是实验建筑刚刚建 室内无热源， 便得室温上升缓慢采暖 成， 无人居住、 实验前期达不到 18标准而造成的。 1. 4 系统供暖运行实测结果评述 从太阳能直接供暖时地板供回水温度变化曲线 图中可知， 地板供水温度变化较大， 2028之 在 从地埋管地源热泵运 间变化， 平均供水温度为 24， ? ? ? ? 效果。 暖特点恰恰与这种供暖模式相适合。 实险结果证明，将太阳能与地埋管地源热泵相 结合，“取长补短” 能 ,合理利用两种可再生能源， 再与 地板辐射供暖末端装置相结合，能取得显著的节能 该系统不但可用于冬季供暖，也可用于夏季供 冷， 不过应增设辅助热源 （锅炉 和辅助冷源 ） （电制冷 机 才可得到实际应用的保证。 ） 2 太阳能 - 地埋管地源热泵并联热水供应系 太阳能 - 地源热泵混合热水系统将地源热泵与 统 COP /GJ 132 94.8 11.3 8.4 62.5 24.8 4.3 80 太阳能结合在一起，既可以克服热泵长期运行造成 地下土壤温度的降低 （或升高） 给土壤温度场一个 ， 恢复期，并且可以减小地埋管换热器的埋地深度和 季节、 日照时 占地面积； 又可以避免太阳能受天气、 间以及昼夜变化的影响，实现连续供暖和供应生活 热水。 2. 1 系统组成及运行规则 此系统装置以广东工业大学某学生公寓为例， 为 384 名学生提供生活热水，一天所需 50的生活 （ ） 该系统的原 热水约 18t 按规范人均需热水 45L 计 。 理图如下图 2 所示。 太阳能集热板 自来水 循环泵 太阳能水箱 供水箱 行时热泵机组冷凝器进出口水温 （即地板回供水温 ） 曲线图中可知，地板供水温度在 20.723.3之间 变化，平均供水温度为 22，供回水温差为 2 3。测定期间室外实测温度在 -30-5之间变 化，相应室内平均温度总体在 1621之间波动。 因此可以认为， 对于严寒地区的节能建筑， 当末端采 用地板辐射供水时，地板供水温度较低也可以满足 室内温度的设计要求，同时冷凝器的冷凝温度降低 也将提高热泵的 COP 值。 由于两种供暖方式供水温度都偏低，如果末端 采用的是普通的散热器或风机盘管等装置，都不能 满足它们对热源温度的要求，也就不能使室温达到 设计要求， 但是对于地板辐射采暖系统， 它的低温供 80 地埋管换热器 电磁阀 板式换热器 压缩机 板式换热器 循环泵 浴室 供水泵 膨胀阀循环泵地热水箱 浅层地表 图 2 太阳能 - 地源热泵并联热水系统原理图 系统运行规则设置如下： 由循环泵、 太阳能集热 板以及太阳能水箱组成的太阳能热水系统在白天 （06： 00-18： ） 00 自动循环吸热。 凌晨 01： 电磁阀打 00 开， 太阳能水箱往地热水箱补水。地热水箱中装有温 度感应探头， 感应温度若低于设定温度 （50 ， ） 则启 动地源热泵系统， 对地热水箱中的水进行循环加热， 公用工程设计 Public Utilities Design 至设定温度后停机。04： 启动太阳能补水阀 00 （原有 系统） 往太阳能水箱自动补自来水， ， 直至太阳能水 箱高位水位开关响应 （太阳能水箱补满） 切断电磁 ， 18： 启动供水泵， 往楼顶的小 阀。 00 是学生用水时间， 水箱补水， 小水箱装有水位开关， 可以根据水位开关 的响应实现自动补水。 2. 2 并联系统热水供应冬季运行特性 对于夏热冬暖地区以广州为例， 冬季运行系统 测试情况如下： 第一种情况， 太阳能热水温升与当天 太阳能辐射照量的关系，两个测试阶段平均每天太 （ d 和 （ ） 阳能辐射量分别为 11.5MJ/ m ） 10.1MJ/ m2 d ， 2 节，太阳能对系统热水温度提升的贡献较地源热泵 系统的小， 因此， 此阶段宜采用太阳能为辅地源热泵 为主的运行模式或完全采用地源热泵的运行模式。 2. 4 特点和结论 太阳能热水系统在太阳辐射的量不足，环境温 度较低的冬季无法满足生活热水的需求，而造成的 太阳能 - 地源热泵并联热水系统不但在冬季可以满 足学生公寓对生活热水的需求，而且系统的换热效 属节能系统。 率平均值达 4.0 以上， 在冬暖夏热地区， 冬季运行时， 由于地埋管换热 因此地下循环冷 器的冷水温度始终保持在 0 以上， 水无需添加防冻剂。 通过测定地埋管换热器的单位长度热流量可达 60W/m 以上， 冬季依然可以保证正常的热水供应， 因 此地源热泵系统在冬暖夏热地区的应用前景非常看 好。 【参考文献】 王潇， 郑茂余， 张文雍.严寒地区太阳能 - 地埋管地源热泵 【1】 属于较低水平，使得 太 阳 能 热 水 系 统 在 循 环 一 天 后 （6： 00-18： 00）热 水 温 升 幅 度 保 持 在 8 18 ， 当 时 自 来 水 温 度 为 20 左 右 ， 水 温 度 达 即 热 太阳能热水的温 到 2838 。从实测结果看出， 升幅度随太阳能辐射照量的增大而增大。此种情况 单靠太阳能量的热水温度满足不了学生浴室的要 求。 第二种情况， 白天平均气 温 和 太 阳 能 下 水 温 变化关系的测定， 其中太阳能下水温度指的 是 太 00-18： 00）被 加 热 阳能热水系统循环一天后 （6： 水 的 温 度 。 经 过 两 阶 段 的 测 定 结 果 如下： 一阶段 平均气温为 22，太阳能下水温保持在 35左右； 二阶段平均气温为 13， 太阳能下水温保持在 25 左右。可以看出， 太阳能下水温变化与室温度变化基 本一致。 从以上两种情况测定结果得出如下结论，在太 阳能辐照量不足、 环境温度较低的冬季， 仅依靠太阳 能无法把热水直接加热到 50，无法达到生活热水 的水温标准， 不能直接提供给学生使用， 因此需开启 辅助加热系统。 2. 3 系统冬季最佳运行模式 通过系统运行实测数据得出如下合理的运行模 式， 在晚秋和初冬时期， 太阳能对系统热水温度的提 升的贡献较地源热泵系统的大， 因此， 此阶段宜采用 太阳能为主，地源热泵为辅的运行模式。在深冬季 地板辐射供暖性能的实验研究。暖通空调， 2009， （7 ： 39 ） 128-131. 【2】 王雁生， 王成勇， 胡映宁.太阳能 + 地源热泵并联热水系统 冬季运行特性研究J.暖通空调， 2009， （9 ： 39 ） 70-74. 【3】 王侃宏， 李永， 侯立泉.太阳能 - 土壤复合式地源热泵供暖 2008， （2 ： 38 ） 13-17. 的实验研究J.暖通空调， 【4】 王华军， 赵军， 沈亮.地源热泵系统长期运行特性的实验研 究J.华北电力大学报， 2007， （2 ： 34 ） 52-54. 【5】 陈文明， 王成勇， 王雁生,等.广州地区地源热泵热水系统的 应用研究J.节能， 2008， （3 ： 27 ） 55-57. 【6】 李助军.混合型地源热泵系统运行特性研究D.南宁， 广西 大学， 2006. 【收稿日期】 2010-03-05 作者简介 张宇 （1951 ， 北京人， ） 男， 高级工程师， 国家注册监 理 工程师， 从事工程项目管理工作 工作。 81 1本文由梦豆角贡献 pdf文档可能在WAP端浏览体验不佳。建议您优先选择TXT，或下载源文件到本机查看。 公用工程设计 Public Utilities Design 【文章编号】 1007-9467 （2010 05-0079-03 ） 太阳能 - 地埋管地源热泵的地板 采暖及生活热水供应系统浅论 余茂林 （京兴国际工程管理公司,北京 100089 ） 张宇， 【摘 要】 介绍了太阳能 - - 地埋管地源热泵在严寒地区联合 使用的地板辐射采暖系统以及在冬暖夏热地区并联使用的热 水供应系统。分别介绍了二个系统的组成、 运行模式、 运行规 实践证明该套系统是成功的， 达到因地制宜和节能 则及特点。 的目的。 太阳能; 地埋管地源热泵; 地板采暖; 热水系统; 运行 【关键词】 模式、 规则及特点 【中图分类号】 TU833.+1 【文献标志码】 B 1 所示。 该系统主要由四个子系组成，分别为太阳能集 热系统， 热泵机组、 地埋管换热系统和地板辐射供暖 通过板式换热器 供冷系统。各子系统均为闭环系统， 进行换热。 膨胀水箱 P1 1 太阳能 - 地埋管地源热泵地板辐射采暖 1. 1 太阳能 - 地埋管热泵供暖其优热性 太阳能是一 种 清 洁 的 可 再 生 能 源 , 取 之 不 尽 , 用之不竭; 地表浅层是一个巨大的太阳能集热 器 , 收 集 了 47% 的 太 阳 辐 射 到 地 球 上 的 热 量 , 因 此,浅层地热能也是一种无限的、 清洁的可再生能 源。 太阳辐射受到昼夜和阴雨天气等因素影响,具有 间歇性和不稳定性,单独利用太阳能进行供暖需要很 大的集热器面积,而且需要庞大的蓄热装置或备用热 源.太阳能 - 地埋管地源热泵系统是将太阳能和浅层 地热能相结合利用的一种系统形式,既利用了这两种 清洁可再生能源,又能克服各自的缺点,这是比较完 美的系统相结合的一种典范。 1. 2 系统组成和运行模式 1.2.1 系统组成 太阳能 - 地埋管地源热泵供暖系统原理图如图 太阳能集热器 板式换热器 板式换热器 P2 辐射地板 地埋管换热器 热泵 图 1 太阳能 - 地埋管地源热泵供暖系统原理图 1.2.2 系统运行模式 该系统的冬季运行模式有如下三种： 1)太阳能和地埋管地源热泵交替供暖 即白 天晴天利用太阳能集热器收集的热量直接供暖， 阴 天和晚上采用地埋管地源热泵供暖。这种运行模式 的好处是直接利用太阳能供暖而不经过热泵，能节 省一部份电能，而且省去了蓄热水箱，减少了初投 资； 同时地埋管换热器间歇运行， 使土壤温度得到及 时恢复， 热泵供热系数较为稳定。 2)太阳能热泵和地埋管地源热泵交替供暖 即白天太阳能集热器的水温达不到供暖要求的水 79 公用工程设计 Public Utilities Design 温， 所以通过热泵提升水温后再供暖。 3)同时利用两种热源的联合供暖 即同时利 用太阳能集热水温经板换提高地埋管循环水温再通 过热泵机组， 水温达到要求后供热。 1. 3 系统供暖性能评价参数及实验结果 介绍的实验地点为我国严寒地区哈尔滨市， 供 暖实验时间为 2007 年 12 月 5 日开始，连续运行至 2008 年 4 月 15 日，共 132d。其中 2008 年 3 月 15 日4 月 15 日为供暖末期， 热泵停止运行， 仅靠太阳 能直接供暖。供暖实验结果见下表 1。 表 1 供暖实验结果 /d Q /GJ W / GJ /GJ COP P/% 从表 1 可以看出，系统供暖性能系数达到 8 以 上， 热泵性能系数达到 4 以上， 所以此套系统节能效 果显著。而供暖保证率偏低， 主要是实验建筑刚刚建 室内无热源， 便得室温上升缓慢采暖 成， 无人居住、 实验前期达不到 18标准而造成的。 1. 4 系统供暖运行实测结果评述 从太阳能直接供暖时地板供回水温度变化曲线 图中可知， 地板供水温度变化较大， 2028之 在 从地埋管地源热泵运 间变化， 平均供水温度为 24， ? ? ? ? 效果。 暖特点恰恰与这种供暖模式相适合。 实险结果证明，将太阳能与地埋管地源热泵相 结合，“取长补短” 能 ,合理利用两种可再生能源， 再与 地板辐射供暖末端装置相结合，能取得显著的节能 该系统不但可用于冬季供暖，也可用于夏季供 冷， 不过应增设辅助热源 （锅炉 和辅助冷源 ） （电制冷 机 才可得到实际应用的保证。 ） 2 太阳能 - 地埋管地源热泵并联热水供应系 太阳能 - 地源热泵混合热水系统将地源热泵与 统 COP /GJ 132 94.8 11.3 8.4 62.5 24.8 4.3 80 太阳能结合在一起，既可以克服热泵长期运行造成 地下土壤温度的降低 （或升高） 给土壤温度场一个 ， 恢复期，并且可以减小地埋管换热器的埋地深度和 季节、 日照时 占地面积； 又可以避免太阳能受天气、 间以及昼夜变化的影响，实现连续供暖和供应生活 热水。 2. 1 系统组成及运行规则 此系统装置以广东工业大学某学生公寓为例， 为 384 名学生提供生活热水，一天所需 50的生活 （ ） 该系统的原 热水约 18t 按规范人均需热水 45L 计 。 理图如下图 2 所示。 太阳能集热板 自来水 循环泵 太阳能水箱 供水箱 行时热泵机组冷凝器进出口水温 （即地板回供水温 ） 曲线图中可知，地板供水温度在 20.723.3之间 变化，平均供水温度为 22，供回水温差为 2 3。测定期间室外实测温度在 -30-5之间变 化，相应室内平均温度总体在 1621之间波动。 因此可以认为， 对于严寒地区的节能建筑， 当末端采 用地板辐射供水时，地板供水温度较低也可以满足 室内温度的设计要求，同时冷凝器的冷凝温度降低 也将提高热泵的 COP 值。 由于两种供暖方式供水温度都偏低，如果末端 采用的是普通的散热器或风机盘管等装置，都不能 满足它们对热源温度的要求，也就不能使室温达到 设计要求， 但是对于地板辐射采暖系统， 它的低温供 80 地埋管换热器 电磁阀 板式换热器 压缩机 板式换热器 循环泵 浴室 供水泵 膨胀阀循环泵地热水箱 浅层地表 图 2 太阳能 - 地源热泵并联热水系统原理图 系统运行规则设置如下： 由循环泵、 太阳能集热 板以及太阳能水箱组成的太阳能热水系统在白天 （06： 00-18： ） 00 自动循环吸热。 凌晨 01： 电磁阀打 00 开， 太阳能水箱往地热水箱补水。地热水箱中装有温 度感应探头， 感应温度若低于设定温度 （50 ， ） 则启 动地源热泵系统， 对地热水箱中的水进行循环加热， 公用工程设计 Public Utilities Design 至设定温度后停机。04： 启动太阳能补水阀 00 （原有 系统） 往太阳能水箱自动补自来水， ， 直至太阳能水 箱高位水位开关响应 （太阳能水箱补满） 切断电磁 ， 18： 启动供水泵， 往楼顶的小 阀。 00 是学生用水时间， 水箱补水， 小水箱装有水位开关， 可以根据水位开关 的响应实现自动补水。 2. 2 并联系统热水供应冬季运行特性 对于夏热冬暖地区以广州为例， 冬季运行系统 测试情况如下： 第一种情况， 太阳能热水温升与当天 太阳能辐射照量的关系，两个测试阶段平均每天太 （ d 和 （ ） 阳能辐射量分别为 11.5MJ/ m ） 10.1MJ/ m2 d ， 2 节，太阳能对系统热水温度提升的贡献较地源热泵 系统的小， 因此， 此阶段宜采用太阳能为辅地源热泵 为主的运行模式或完全采用地源热泵的运行模式。 2. 4 特点和结论 太阳能热水系统在太阳辐射的量不足，环境温 度较低的冬季无法满足生活热水的需求，而造成的 太阳能 - 地源热泵并联热水系统不但在冬季可以满 足学生公寓对生活热水的需求，而且系统的换热效 属节能系统。 率平均值达 4.0 以上， 在冬暖夏热地区， 冬季运行时， 由于地埋管换热 因此地下循环冷 器的冷水温度始终保持在 0 以上， 水无需添加防冻剂。 通过测定地埋管换热器的单位长度热流量可达 60W/m 以上， 冬季依然可以保证正常的热水供应， 因 此地源热泵系统在冬暖夏热地区的应用前景非常看 好。 【参考文献】 王潇， 郑茂余， 张文雍.严寒地区太阳能 - 地埋管地源热泵 【1】 属于较低水平，使得 太 阳 能 热 水 系 统 在 循 环 一 天 后 （6： 00-18： 00）热 水 温 升 幅 度 保 持 在 8 18 ， 当 时 自 来 水 温 度 为 20 左 右 ， 水 温 度 达 即 热 太阳能热水的温 到 2838 。从实测结果看出， 升幅度随太阳能辐射照量的增大而增大。此种情况 单靠太阳能量的热水温度满足不了学生浴室的要 求。 第二种情况， 白天平均气 温 和 太 阳 能 下 水 温 变化关系的测定， 其中太阳能下水温度指的 是 太 00-18： 00）被 加 热 阳能热水系统循环一天后 （6： 水 的 温 度 。 经 过 两 阶 段 的 测 定 结 果 如下： 一阶段 平均气温为 22，太阳能下水温保持在 35左右； 二阶段平均气温为 13， 太阳能下水温保持在 25 左右。可以看出， 太阳能下水温变化与室温度变化基 本一致。 从以上两种情况测定结果得出如下结论，在太 阳能辐照量不足、 环境温度较低的冬季， 仅依靠太阳 能无法把热水直接加热到 50，无法达到生活热水 的水温标准， 不能直接提供给学生使用， 因此需开启 辅助加热系统。 2. 3 系统冬季最佳运行模式 通过系统运行实测数据得出如下合理的运行模 式， 在晚秋和初冬时期， 太阳能对系统热水温度的提 升的贡献较地源热泵系统的大， 因此， 此阶段宜采用 太阳能为主，地源热泵为辅的运行模式。在深冬季 地板辐射供暖性能的实验研究。暖通空调， 2009， （7 ： 39 ） 128-131. 【2】 王雁生， 王成勇， 胡映宁.太阳能 + 地源热泵并联热水系统 冬季运行特性研究J.暖通空调， 2009， （9 ： 39 ） 70-74. 【3】 王侃宏， 李永， 侯立泉.太阳能 - 土壤复合式地源热泵供暖 2008， （2 ： 38 ） 13-17. 的实验研究J.暖通空调， 【4】 王华军， 赵军， 沈亮.地源热泵系统长期运行特性的实验研 究J.华北电力大学报， 2007， （2 ： 34 ） 52-54. 【5】 陈文明， 王成勇， 王雁生,等.广州地区地源热泵热水系统的 应用研究J.节能， 2008， （3 ： 27 ） 55-57. 【6】 李助军.混合型地源热泵系统运行特性研究D.南宁， 广西 大学， 2006. 【收稿日期】 2010-03-05 作者简介 张宇 （1951 ， 北京人， ） 男， 高级工程师， 国家注册监 理 工程师， 从事工程项目管理工作 工作。 81 1本文由梦豆角贡献 pdf文档可能在WAP端浏览体验不佳。建议您优先选择TXT，或下载源文件到本机查看。 公用工程设计 Public Utilities Design 【文章编号】 1007-9467 （2010 05-0079-03 ） 太阳能 - 地埋管地源热泵的地板 采暖及生活热水供应系统浅论 余茂林 （京兴国际工程管理公司,北京 100089 ） 张宇， 【摘 要】 介绍了太阳能 - - 地埋管地源热泵在严寒地区联合 使用的地板辐射采暖系统以及在冬暖夏热地区并联使用的热 水供应系统。分别介绍了二个系统的组成、 运行模式、 运行规 实践证明该套系统是成功的， 达到因地制宜和节能 则及特点。 的目的。 太阳能; 地埋管地源热泵; 地板采暖; 热水系统; 运行 【关键词】 模式、 规则及特点 【中图分类号】 TU833.+1 【文献标志码】 B 1 所示。 该系统主要由四个子系组成，分别为太阳能集 热系统， 热泵机组、 地埋管换热系统和地板辐射供暖 通过板式换热器 供冷系统。各子系统均为闭环系统， 进行换热。 膨胀水箱 P1 1 太阳能 - 地埋管地源热泵地板辐射采暖 1. 1 太阳能 - 地埋管热泵供暖其优热性 太阳能是一 种 清 洁 的 可 再 生 能 源 , 取 之 不 尽 , 用之不竭; 地表浅层是一个巨大的太阳能集热 器 , 收 集 了 47% 的 太 阳 辐 射 到 地 球 上 的 热 量 , 因 此,浅层地热能也是一种无限的、 清洁的可再生能 源。 太阳辐射受到昼夜和阴雨天气等因素影响,具有 间歇性和不稳定性,单独利用太阳能进行供暖需要很 大的集热器面积,而且需要庞大的蓄热装置或备用热 源.太阳能 - 地埋管地源热泵系统是将太阳能和浅层 地热能相结合利用的一种系统形式,既利用了这两种 清洁可再生能源,又能克服各自的缺点,这是比较完 美的系统相结合的一种典范。 1. 2 系统组成和运行模式 1.2.1 系统组成 太阳能 - 地埋管地源热泵供暖系统原理图如图 太阳能集热器 板式换热器 板式换热器 P2 辐射地板 地埋管换热器 热泵 图 1 太阳能 - 地埋管地源热泵供暖系统原理图 1.2.2 系统运行模式 该系统的冬季运行模式有如下三种： 1)太阳能和地埋管地源热泵交替供暖 即白 天晴天利用太阳能集热器收集的热量直接供暖， 阴 天和晚上采用地埋管地源热泵供暖。这种运行模式 的好处是直接利用太阳能供暖而不经过热泵，能节 省一部份电能，而且省去了蓄热水箱，减少了初投 资； 同时地埋管换热器间歇运行， 使土壤温度得到及 时恢复， 热泵供热系数较为稳定。 2)太阳能热泵和地埋管地源热泵交替供暖 即白天太阳能集热器的水温达不到供暖要求的水 79 公用工程设计 Public Utilities Design 温， 所以通过热泵提升水温后再供暖。 3)同时利用两种热源的联合供暖 即同时利 用太阳能集热水温经板换提高地埋管循环水温再通 过热泵机组， 水温达到要求后供热。 1. 3 系统供暖性能评价参数及实验结果 介绍的实验地点为我国严寒地区哈尔滨市， 供 暖实验时间为 2007 年 12 月 5 日开始，连续运行至 2008 年 4 月 15 日，共 132d。其中 2008 年 3 月 15 日4 月 15 日为供暖末期， 热泵停止运行， 仅靠太阳 能直接供暖。供暖实验结果见下表 1。 表 1 供暖实验结果 /d Q /GJ W / GJ /GJ COP P/% 从表 1 可以看出，系统供暖性能系数达到 8 以 上， 热泵性能系数达到 4 以上， 所以此套系统节能效 果显著。而供暖保证率偏低， 主要是实验建筑刚刚建 室内无热源， 便得室温上升缓慢采暖 成， 无人居住、 实验前期达不到 18标准而造成的。 1. 4 系统供暖运行实测结果评述 从太阳能直接供暖时地板供回水温度变化曲线 图中可知， 地板供水温度变化较大， 2028之 在 从地埋管地源热泵运 间变化， 平均供水温度为 24， ? ? ? ? 效果。 暖特点恰恰与这种供暖模式相适合。 实险结果证明，将太阳能与地埋管地源热泵相 结合，“取长补短” 能 ,合理利用两种可再生能源， 再与 地板辐射供暖末端装置相结合，能取得显著的节能 该系统不但可用于冬季供暖，也可用于夏季供 冷， 不过应增设辅助热源 （锅炉 和辅助冷源 ） （电制冷 机 才可得到实际应用的保证。 ） 2 太阳能 - 地埋管地源热泵并联热水供应系 太阳能 - 地源热泵混合热水系统将地源热泵与 统 COP /GJ 132 94.8 11.3 8.4 62.5 24.8 4.3 80 太阳能结合在一起，既可以克服热泵长期运行造成 地下土壤温度的降低 （或升高） 给土壤温度场一个 ， 恢复期，并且可以减小地埋管换热器的埋地深度和 季节、 日照时 占地面积； 又可以避免太阳能受天气、 间以及昼夜变化的影响，实现连续供暖和供应生活 热水。 2. 1 系统组成及运行规则 此系统装置以广东工业大学某学生公寓为例， 为 384 名学生提供生活热水，一天所需 50的生活 （ ） 该系统的原 热水约 18t 按规范人均需热水 45L 计 。 理图如下图 2 所示。 太阳能集热板 自来水 循环泵 太阳能水箱 供水箱 行时热泵机组冷凝器进出口水温 （即地板回供水温 ） 曲线图中可知，地板供水温度在 20.723.3之间 变化，平均供水温度为 22，供回水温差为 2 3。测定期间室外实测温度在 -30-5之间变 化，相应室内平均温度总体在 1621之间波动。 因此可以认为， 对于严寒地区的节能建筑， 当末端采 用地板辐射供水时，地板供水温度较低也可以满足 室内温度的设计要求，同时冷凝器的冷凝温度降低 也将提高热泵的 COP 值。 由于两种供暖方式供水温度都偏低，如果末端 采用的是普通的散热器或风机盘管等装置，都不能 满足它们对热源温度的要求，也就不能使室温达到 设计要求， 但是对于地板辐射采暖系统， 它的低温供 80 地埋管换热器 电磁阀 板式换热器 压缩机 板式换热器 循环泵 浴室 供水泵 膨胀阀循环泵地热水箱 浅层地表 图 2 太阳能 - 地源热泵并联热水系统原理图 系统运行规则设置如下： 由循环泵、 太阳能集热 板以及太阳能水箱组成的太阳能热水系统在白天 （06： 00-18： ） 00 自动循环吸热。 凌晨 01： 电磁阀打 00 开， 太阳能水箱往地热水箱补水。地热水箱中装有温 度感应探头， 感应温度若低于设定温度 （50 ， ） 则启 动地源热泵系统， 对地热水箱中的水进行循环加热， 公用工程设计 Public Utilities Design 至设定温度后停机。04： 启动太阳能补水阀 00 （原有 系统） 往太阳能水箱自动补自来水， ， 直至太阳能水 箱高位水位开关响应 （太阳能水箱补满） 切断电磁 ， 18： 启动供水泵， 往楼顶的小 阀。 00 是学生用水时间， 水箱补水， 小水箱装有水位开关， 可以根据水位开关 的响应实现自动补水。 2. 2 并联系统热水供应冬季运行特性 对于夏热冬暖地区以广州为例， 冬季运行系统 测试情况如下： 第一种情况， 太阳能热水温升与当天 太阳能辐射照量的关系，两个测试阶段平均每天太 （ d 和 （ ） 阳能辐射量分别为 11.5MJ/ m ） 10.1MJ/ m2 d ， 2 节，太阳能对系统热水温度提升的贡献较地源热泵 系统的小， 因此， 此阶段宜采用太阳能为辅地源热泵 为主的运行模式或完全采用地源热泵的运行模式。 2. 4 特点和结论