太阳能和地源热泵复合系统的应用前景.doc

太阳能和地源热泵复合系统的应用前景摘要：进入21世纪，面对日益严重的环境与能源问题，世界各国积极开发新能源和可再生能源，应用于建筑上的绿色能源也日渐得到普遍的重视。本文通过对太阳能和浅层地热能优缺点的论述，以及他们联合运行的概况，并从通过实践中取得的效果实例在经济上进行比较，来说明太阳能和地源热泵的联合运行是一个很有发展前景的一种运行方式。 关键词：太阳能；地源热泵；联合运行；经济 1.国内外背景 1.1、国内背景 近几年国内在地源热菜方面做了大量的探索性研究，取得了一定的成果，且有一部分工程实例在投入使用。加上利用可再生能源的大势所趋，政府加大宣传力度，使太阳能一地源热泉复合系统得以快速发展。据文献报道，天津商学院于1994年1995年度采暖季节进行了太阳能一地源热泵系统的跟踪实验，实验结果为：太阳能辅助后可提高热泵系统的供热能力1。 1.2、国外背景 自1940年以来，人类开始对地源热泵性能进行研究。将太阳能集热器和埋入土壤的地源泵栗盘管进行组合，使多余的太阳能储藏在土壤中，是彭罗德（Penrod）于1956年首次提出这一设想2。 1962年彭罗德描述了太阳能-地源热泵系统的工作原理，1969年又给出了太阳能一地源热菜系统的工作过程，包括太阳能集热器与埋地盘管的设计。1981年Oklahomas niversity的Faisal对地源热泵、空气源热泵及太阳能一地源热泵进行了动态模拟研究，结果显示：太阳能-地源热泵对于提高与维持地热水井温度方面具有很大的帮助，而地源热泵在降低峰值负荷方面显示出最大的优势。 2、太阳能和地源热泵的特点 2.1太阳能的特点 太阳能是一种取之不尽、用之不竭的绿色能源。在太阳辐射条件良好的情况下，以太阳能作为蒸发器热源的热泵系统可以获得比空气源热泵更高的蒸发温度。但是太阳能有两个严重不足：一是能流密度低；二是其强度受各种因素的影响不能维持常量，因此，这两大缺点就大大限制了太阳能的有效利用。 2.2、地源热泵的特点 浅层地热能是指地表以下一定深度范围内（一般为恒温带至200m埋深）温度低于25°C，在当前技术经济条件下，具备开发利用价值的地球内部的热源，包括如地下水、河流和湖泊等。4地埋管地源热泵是利用地球表面浅层土壤源中的地热能，采用热泵原理，既可制冷又可供热的高效节能空调系统，地源热泵空调系统由于冬季从大地中取出的热量可在夏季得到补偿，因而可使大地热量基本平衡。若完全采用地源热泵来供暖的话，则地热换热器和机组的初投资比较高，连续运行的效率也较低。而在夏季运行时，机组的容量就过大，造成浪费；而且由于这些地区冬季从大地取热多于夏季大地的蓄热，长期运行将造成大地温度降低。 因此，采用太阳能作为辅助热源，使热泵系统可以按照夏季工况进行设计，由太阳能集热器承担一部分热负荷，这将大大降低地源部分的初投资，随着技术条件的不断进步，也将逐渐解决目前太阳能-地源热泵空调系统所存在的一些问题，使其理论不断得到完善。 3、太阳能-地源热泵空调系统运行方式 近年来我国国民经济和城乡建设发展迅速，全国每年建成的房屋建筑面积高达1619亿3。全国建筑耗能量中50%以上的建筑能耗是由空调消耗的，已超过全国总耗能量的1/4以上3。 太阳能作为辅助热源，与地源热泵联合运行时，主要有两种运行方式：串联与并联方式。（1）串联系统：在此系统中，太阳能集热器采集的热量储存在蓄热水箱中，水箱中的热水通过换热，用于提升进入蒸发器入口的介质的温度，从而提供整个系统的COP值。（2）并联系统：此系统是将太阳能供热系统和地源热泵系统交替使用。当太阳能集热器的温度较高，可以将集热器的热量转移到地下贮存，这样即可使土壤温度场得以比较快的恢复，又可提高集热效率。当太阳能供热系统不能满足建筑物需求（阴天或夜间），则可采用地源热泵系统供热。 4、引用实例与其他常规能源进行经济分析 太阳能和地源热泵的联合运行初投资是最高的，但是每年的运行费用却是最低的，寿命也是最长的，而且无污染，回报率比较高，使用这种天地合一技术系统后，每一万平方米建筑将每年节约标准煤的量为80吨，减少C02排放量200吨，减少S02排放量1.60吨4。因此，使用太阳能-地源热泵复合空调系统是既环保又经济的一种运行系统。 5、结论 从节能、环保和经济方面综合分析，地源热泵-太阳能复合空调系统必将得到大规模的推广和应用，实现与建筑物的有机结合并逐步取代常规能源驱动的空调系统。 参考文献： 1杨洪兴，太阳能建筑一体化技术与应用J，中国建筑工业出版社 2Penred E B，Prasanne KV A.Procedure for Designing Solar Earth Heat PumsJ.Heating.Piping Air Conditioning，1969，41（6）：97-10 3李新国，赵军，王一平，王健，吕强.太阳能、蓄热与地源热泵组合系统的应用与实验J.太阳能学报2009第12期 4陈云昊，郑兵地埋管地源热泵-太阳能系统用于夏热冬冷地区居住建筑的若干考虑J，暖通空调2008第6期 3