太阳能地埋管地源热泵的地板采暖及生活热水供应完整系统浅论

1、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.txt 真正的好朋友并不是在一起有说不完的话题，而是在一起就算不说话也不会觉得尴尬。你在看别人的同时，你也是别 人眼中的风景。要走好明天的路，必须记住昨天走过的路，思索今天正在走着的路。 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，

2、【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】 B1 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 P11 太阳能 -

3、 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

4、 , 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

5、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，

6、 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 C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，20 C28C之在 从地埋管地源热泵运间变化，平均供水温度为24 C,d? ? ? ?效果。暖特点恰恰与这

7、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 /GJ132 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

8、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 C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 20.7 C 23.3 C之间 变化，平均供水温度为22 C,供回水温差为 2 C 3 C。测定期间室外实测温

9、度在-30 C -5 C之间变 化，相应室内平均温度总体在 16 C21C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

10、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（50C ,）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

11、 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

12、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 C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

13、 后 （ 6： 00-18 ： 00 ） 热水温升幅度保持在8 C18 C ,当时自来水温度为20 C左右， 水温度 达即热 太阳能热水的温 到2838 C。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 C,太阳能下水温保持在 35 C左右； 二阶段平均气温为13 C,太阳能下

14、水温保持在 25 C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 C,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 ） 128-1

15、31. 【 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

16、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。811 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

17、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】 B1 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 P11 太阳能 - 地埋管地源热泵地

18、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

19、 ,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

20、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，

21、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 C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，20 C28C之在 从地埋管地源热泵运间变化，平均供水温度为24 C,d? ? ? ?效果。暖特点恰恰与这种供暖模式相适合。

22、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 /GJ132 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

23、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 C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20.7 C 23.3 C之间 变化，平均供水温度为 22 C,供回水温差为 2 C 3 C。测定期间室外 实测温度在-30 C

24、-5 C之间变 化，相应室内平均温度总体在 16 C 21C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

25、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 （ 50C ，） 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，

26、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

27、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 C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

28、 一 天 后 （ 6： 00-18 ： 00 ） 热水温升幅度保持在8 C18 C ,当时自来水温度为20 C左右， 水温度 达即热 太阳能热水的温 到2838 C。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 C,太阳能下水温保持在 35 C左右； 二阶段平均气温为13 C,太

29、阳能下水温保持在 25 C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 C,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.

30、【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 .

31、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。811 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 -

32、 - 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】 B1 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 P11 太阳能 - 地埋管地源热泵地板辐射采暖

33、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

34、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

35、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

36、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 C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，20 C28C之在 从地埋管地源热泵运 间变化，平 均供水温度为24 C,d? ? ? ?效果。暖特点恰恰与这种供暖模式相适合。 实险结

37、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 /GJ132 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

38、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 C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 20.7 C 23.3 C之间 变化，平均供水温度为 22 C,供回水温差为 2 C 3 C。测定期间室外 实测温度在-30 C

39、 -5 C之间变 化，相应室内平均温度总体在 16 C 21C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

40、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 （ 50C ，） 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