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太阳能与地源热泵系统 联合运行方式的研究 山东省城建设计院 韩明坤 摘要：随着我国能源的紧缺和《可再生能源法》的颁布和实施，太阳能、浅层地热能作 为可再生能源，在建筑中的应用越来越受到人们的重视，但无论太阳能系统还是地源热泵系 统单独运行时有一定的局限性，对于两者优化运行方式的研究很少。本文以某一实际工程为 例，对如何优化太阳能系统与地源热泵系统的运行方式进行了研究，分析了太阳能系统与地 源热泵系统优化运行的技术可行性以及如何充分利用太阳能资源，实现梯级利用提出了合理 的建议。 关键词：可再生能源 太阳能 地源热泵 优化运行方式 1 引言 我国能源的消费结构不合理，以煤为主的能源供给造成了严重的大气污染和温室气体排 放。因此，节约能源和开发利用清洁、可再生能源的任务十分紧迫。可再生能源在建筑中的 应用是建筑业技术进步和行业发展的需要，随着2006年1月《可再生能源法》的正式颁布与 实施，太阳能、浅层地热能在建筑行业中的应用越来越受到人们的重视。 地源热泵技术是可再生能源应用的主要方向之一，即利用浅层地热能资源进行供热与空 调，具有良好的节能与环境效益，近年来在国内得到了日益广泛的应用。随着《地源热泵系 统工程技术规范》的实施，地源热泵系统工程的市场更加规范化，能更好地发挥其节能、环 保效益。但该系统存在土壤温度场的恢复问题，即随着地源热泵系统连续长期的运行，会从 地下过多的取热或过多的散热，造成地下温度场的波动，降低机组的COP值，增加系统能耗。 图1表示出了北京某实际工程单独采用地源热泵系统时，10年内地埋管换热器进出口水 温及土壤温度的变化。 作者简介：韩明坤 性别：男 出生年月：1988年4月 技术职称：工程师 通讯地址：山东省济南市经四路488 号海右重华3楼山东省城建设计院 邮编：250000 联系电话电子邮箱：465231011@ 籍 贯（山东省省聊城市人） 毕业院校：山东建筑大学 现从事的技术工作：暖通空调及相关设计工作。 图1 10年内地埋管换热器进出口水温及土壤温度变化图 从图1可以看出，10年内土壤温度由初始的15度，下降到10.2℃，下降了4.8 ℃。冬季， 热泵机组的最低出水温度由最初的3℃下降到-0.5℃，吸热量和排热量存在极大的不平衡。 太阳能技术也是可再生能源应用的主要方向之一，太阳能是永不枯竭的清洁能源，量大、 资源丰富、绿色环保。但也有一些缺点：1）太阳能的能流密度低，且因地而异，因时而变。 2 ）太阳能具有间歇性和不可靠性。太阳能的辐照度受气候条件等各种因素的影响不能维持 常量，如果遇上连续的阴雨天气太阳能的供应就会中断。此外，太阳能是一种辐射能，具有 即时性，自身不易储存，必须即时转换成其它形式能量才能利用和储存。 地源热泵技术和太阳能技术自身存在这些局限性，如果两种能源可以联合使用，这样能 互相弥补自身的不足，提高资源利用率。 2 太阳能系统与地源热泵系统联合运行的原则 太阳能系统与地源热泵系统联合运行时，应遵循如下原则： （1）可再生能源利用的前提是必须采用节能建筑，以降低系统的初投资。太阳能的能 流密度较低，太阳集热系统的价格在目前仍然偏高；地源热泵系统与常规系统相比，初投资 也较高。为了尽可能减少系统的初投资，必须保证建筑围护结构符合节能规范的要求，以降 低供暖、空调系统的负荷需求。 （2 ）与供水温度要求低的末端系统配套使用。目前高温型的地源热泵机组COP值较低， 对于常规地源热泵机组来说，供热时，出水温度较低。同时，太阳集热系统的集热效率与集 热系统的出水温度有关，温度越高热损失越大，集热效率降低，因此在选择供暖系统时应优 先选择供水温度要求低的形式，如地板辐射采暖形式。 （3 ）在经济许可的前提下最大限度地利用太阳能资源。太阳能是完全免费的，在利用 过程中，仅消耗水泵能耗，运行费用低，所以在经济许可的情况下，尽可能增大太阳集热器 的面积，延长太阳能利用的时间，以提高太阳能的利用率。 2 3 太阳能系统与地源热泵系统联合运行的方式 2 本工程位于北京，建筑的功能主要是办