246-北方农宅双热源热泵与太阳能联合供暖系统.pdfVIP

北方农宅双热源热泵与太阳能联合供暖系 统分析 1 2 1 1 2 牛蔚然 刘冉冉 魏姗姗 梁慧媛 刁乃仁 (1. 国网山东节能服务有限公司；2.山东建筑大学热能工程学院，山东 济南 250101) 摘要：针对我国北方地区的气候特点，提出了双热源热泵与太阳能联合供暖系统形式， 建立了双热源热泵与太阳能联合供暖系统及其太阳能集热器、蓄热水箱等主要装置优化设计 方法。以济南某农宅为例，分析了该农宅采暖季的所需热负荷，与原有煤炉采暖+太阳能热 水器供热水方案进行比较，新系统运行费用大大降低，具有良好的环境效益，系统的投资回 收期为6.7 年,节能率为58%。通过TRNSYS 模拟蓄热水箱的出水温度更加证实了该系统运行 的可行性。 关键词：双热源热泵；太阳能；北方农宅；供暖 0 引言 近些年来北方城市的供暖得到了越来越好的发展，然而北方的农村地区供暖问题却一直 停滞不前，还是采用较为传统普通煤炉进行采暖，卫生条件较差，生活质量得不到提升，而 且长期的燃煤取暖造成了室外空气质量越来越差，也是造成雾霾天气的“真凶”之一 [1] 。 因 此，寻求一种适用于农村且节能、环保供暖方式是农村供暖问题的关键所在。 冬季采暖化石能源燃烧是导致雾霾的主要原因之一，因此改变北方农村传统的采暖方式 -“煤改电”是改善空气质量的必经之路。然而如果直接用电进行取暖，直接将高品位电力转 化为低品位热量则会浪费资源。利用可再生能源进行供暖是暖通空调领域的重要方向, 也是 研究热点之一[2] 。其中采暖常用的可再生能源主要包括太阳能，浅层地热能，空气能等，由 于北方天气的一些特征，这些能源在单独使用时会出现如下一些问题： （1）太阳能在北方地区较为丰富，也在该地区进行大量使用，但是由于北方冬季较为 寒冷，如果仅采用太阳能作为热源来为农宅进行供暖，则会导致集热器面积过大，首先并没 有大量空间进行摆置，其次集热器的价钱较为昂贵，经济性不强。而且，太阳能对于气候条 件的依赖性过大，容易受到自然条件以及天气条件的影响，图 1 为山东济南地区5 个典型日 日平均逐时辐射强度，由此可以发现太阳能的辐射强度是不稳定的，因此单一太阳能热源进 行采暖缺乏良好的经济性和技术性，不可采用。 作者信息:刘冉冉, 研究生，山东建筑大学，济南市临港开发区凤鸣路1000 号；邮编:250101；邮箱: 709034800@,电话 图1 山东济南地区5 个典型日日平均逐时辐射强度 （2 ）由于北方农宅主要以供暖为主，地源热泵系统在使用期间，会因为冬季取热与夏 季放热的不平衡问题而造成的土壤温度的变化，以至于在以后的几年中可能出现供热能力下 降的结果[3] 。而且地源热泵系统由于初投资较高、系统较为复杂、维修困难，因此难以在北 方农宅中进行推广、宣传和使用。 （3 ）在北方冬天最冷温度经常会达到-10℃以下，因此采用单一的空气源热泵系统会经 常出现空调压缩机的压缩比急剧升高,会出现结霜、运行效率下降等一系列问题。因此在北 方推广单一的空气源系统也是不可行的。 基于上述所讲的单一可再生能源对于北方农宅运行的不可行性，由于太阳能可以很好地 保障农宅用户的生活热水的需求量，同时结合热泵的供暖效果，本文将二者有机结合起来并 利用蓄热水箱的储热作用，提出了一种适用于北方供暖的系统形式-双热源热泵与太阳能联 合供暖系统。 相比较单一的冷热源，双热源热泵与太阳能联合供暖系统实现了太阳能、水能、空气能 的优势互补。太阳能集热器对于蓄热水箱的季节性蓄热，减小了热泵机组在冬季的运行时间， 节约能源；热泵机组在阴天时候对蓄热水箱的蓄热功能，保障了农宅用户一年四季的供暖需 求；空气源热泵从空气中充分吸取热量，大大减少了太阳能集热器以及蓄热水箱的体积，降 低了太阳能集热器的初投资费用；水源热泵系统的使用，改善了机组的制热性能系数[4] ，提 高了换热效率，解决了空气源热泵在供暖工程中容易结露，换热效率低的难题，使得煤改电 的策略得以顺利进行。 1 系统原理与构成 图2 为农宅家用双热源热泵-太阳能联合供暖系统示意图，其中包括：热泵机