太陽能綜合利用輔助地源熱泵系統(tǒng)的應用研究

崔振彬

天津華勘地熱工程有限公司 天津 300170

引言

中國對于太陽能供暖和地源熱泵供暖的研究比較早，經(jīng)過大量的時間分析，發(fā)現(xiàn)對于高寒地區(qū)，冬天地表土壤溫度較低，若是單純使用地源熱泵取暖，會使成本增加，而且運行效率低下；夏季時，又會造成浪費。使用太陽能輔助地源熱泵采暖時，太陽能和地源熱泵系統(tǒng)配合協(xié)作，既可以使地源熱泵系統(tǒng)得到充分的利用，也可以保證其運行效率。

一、提出太陽能輔助地源熱泵系統(tǒng)的原因

（一）地源熱泵系統(tǒng)的優(yōu)勢以及使用過程中的問題

地源熱泵相當于一種熱交換裝置，它將地表中的能量用來給建筑物供熱或制冷，它的功能和空調相差不多，它是一種綠色環(huán)保型空調系統(tǒng)。它的基本工作原理是利用地表的地熱資源，輸入少量的高品位能源，比如電能，就可以實現(xiàn)從冷熱源轉向高溫熱源。冬季，將地表淺層土壤中的熱源“取”出來，升高溫度之后給建筑物供暖，夏季，將建筑物內的熱量“取”出來，釋放到土壤中，并且可以長時間保持地下溫度的平衡。地源熱泵技術屬于對可再生能源利用的技術，地表淺層地熱資源一般稱為地能，地表淺層是一個龐大的太陽能收集容器，它收集了將近47%的太陽能，這個數(shù)量要遠遠超過人類每年使用的能量，而且還不會被地區(qū)、資源數(shù)量所限制，這種儲存在地表淺層土壤中的的能源，是一種清潔型可再生能源。地表淺層的地熱資源溫度常年保持平衡，冬季比外界環(huán)境溫度高，夏季較低，是天然的熱泵熱源和冷源，這種特點使得地源熱泵運行效率要高于空調系統(tǒng)，從而實現(xiàn)節(jié)能和節(jié)省費用，另外，由于地表溫度恒定，使得地源熱泵系統(tǒng)的運行更加穩(wěn)定。地源熱泵的污染程度相較于空氣源熱泵和電供暖來講，都是低于這兩者的，系統(tǒng)運行過程中在輔助一定的環(huán)保措施，會使得污染程度又得到降低，地源熱泵系統(tǒng)裝置沒有燃燒、排煙、廢棄物等污染源，也不存在堆放燃料的廢棄場地。地源熱泵系統(tǒng)的用途較多，集供暖、制冷、提供供生活熱水為一體，這一套系統(tǒng)可以取代之前的多種裝置，實用性更強。地源熱泵的后期維護維修費用較少，地源熱泵裝置比較耐用，并且它的內部產(chǎn)生機械運動的零部件非常少，大部分的組件都深埋低下或者是安裝在室內，從而避免受外界環(huán)境的影響，部件受到損壞，節(jié)省了大量的維修費用。地源熱泵在使用過程中也會有一定的缺陷問題，可能會受到區(qū)域、用戶、國家出臺的相關政策以及燃料價格的影響，系統(tǒng)的投資和運行的費用會隨著用戶的變化而變化等。

（二）加入太陽能輔助系統(tǒng)的優(yōu)勢

太陽能輔助地源熱泵系統(tǒng)，能夠有效改善地源熱泵長期取熱使得地表溫度不能得到及時恢復的問題。采用太陽能輔助熱源供暖時，機組的溫度受到太陽能的影響而升高，降低熱泵壓縮機組的耗電量，節(jié)省費用的同時也達到了節(jié)能減排的作用。根據(jù)太陽能的輔助供熱作用，能夠確保低下排熱和取熱的恒定，使得地表淺層的土壤溫度能夠在意個恒定的范圍內變化，系統(tǒng)的各個組件正常運行。

二、太陽能輔助地源熱泵綜合系統(tǒng)

（一）運行方式

地源熱泵是系統(tǒng)中的主體，太陽能對其進行輔助，但是在運行控制方面需要先使用太陽能，并且將其完全利用。太陽能輔助地源熱泵系統(tǒng)能夠實現(xiàn)很好的夏季為建筑物制冷、冬季為建筑物供暖，而且也可以常年為居民提供生活熱水。當夏季制冷需求比較大時，系統(tǒng)則制冷用來滿足用戶的需求，對于北方地區(qū)，冷熱負荷相差比較大，可以使供暖與供熱水共同進行，當供暖時段暫停時，可以進行生活熱水的制取。

（二）系統(tǒng)特點

太陽能輔助地源熱泵系統(tǒng)是太陽能與地表熱能綜合利用的一種方式，兩者相互彌補，太陽能可以有效提高地源熱泵系統(tǒng)中流動液體的溫度，從而提高系統(tǒng)的運行效率。地表土壤的熱量則可以彌補太陽能的間段性以及不穩(wěn)定性。地下埋管換熱裝置還可以存儲一定的太陽能，不但可以快速回復地表淺層土壤的溫度，還可以減少其他蓄熱裝置的容量。太陽能輔助地源熱泵系統(tǒng)能夠有效踐行綠色環(huán)保理念，充分利用資源，最大程度的發(fā)揮能源的價值。

三、太陽能輔助地源熱泵綜合系統(tǒng)的經(jīng)濟性分析

太陽能輔助地源熱泵系統(tǒng)主要利用的能源都屬于可再生的，所以它的經(jīng)濟效益是非常顯著的，只需要通過科學合理的設計，降低系統(tǒng)中的能量消耗，并且保證供暖、制冷效果能夠達到最好。雖然系統(tǒng)的前期投入資金較多，但是后期的運行費用、維護費用較為低廉，三年之內投入的資金就能陸續(xù)被收回。就目前的發(fā)展來看，人們逐漸意識到環(huán)保對于人類生存環(huán)境的重要性，可再生能源的利用技術不斷成熟，太陽能輔助地源熱泵綜合系統(tǒng)會成為未來的主要功能方式之一，具有非常好的發(fā)展前景。

四、結束語

近些年來，能源消耗一直都是備受關注的問題，太陽能和地表淺層能源作為一種清潔型可再生能源，被廣泛的應用與建筑行業(yè)，并且在其中所處的地位日益提升。合理利用太陽能和地表淺層能源是解決目前環(huán)境污染和能源消耗的最主要方式之一。太陽能輔助地源熱泵綜合系統(tǒng)既可以實現(xiàn)供暖制冷，還可以為居民常年提供生活熱水，這一個系統(tǒng)替代了空調以及鍋爐裝置，不但降低了成本費用，同時也減少了污染排放，達到促進節(jié)能減排的目的。不斷改進太陽能輔助地源熱泵綜合系統(tǒng)的設計，深入研究系統(tǒng)中存在的不足，深究其形成原因，及時采取合理的應對措施將其解決，使得太陽能輔助地源熱泵綜合系統(tǒng)能夠發(fā)揮它最大的作用。