太阳能辅助热源地源热泵系统初探

【摘要】目前，在地源热泵方面的服务也取得了巨大的进展，尤其针对北方地区。这一新的发现和应用在近些年来在播放地区达到了大力的推广，可是，太阳能辅助热源地源热泵系统仍然还是在快速发展的背后存在着缺陷，本文主要从太阳能辅助热源地源热泵系统方面对热源地源热泵系统进行探讨分析。

【关键词】太阳能，辅助热源，地源，热泵系统，初探

中图分类号：TK511文献标识码： A 文章编号：

一.前言

我们都知道太阳向地球辐射的能量十分巨大，地球的人类对于太阳能的利用潜力十分巨大，而每年地球仅仅用了太阳能不到1%的部分，因此将太阳能运用于辅助热源地源热泵系统的设计之中，具有十分重要的价值和意义。不仅仅可以减少能源的使用，而且还可以降低能源在利用过程中对环境的破坏。

二.太阳能热泵概述

对于太阳能而言，太阳向地球辐射的能量十分巨大，太阳能地源热泵,包括地源热泵系统、太阳能电热联产组件、太阳能功率驱动器；太阳能功率驱动器主要由超级电容器、充放电控制及检测控制电路组成,其中超级电容器和充放电控制电路构成蓄电电路,该蓄电电路的充电端与太阳能电池组件的电池连接,输出端作为电源为地源热泵系统供电。一年四季太阳能所发电经由功率驱动器收集供地源热泵用,这样更能有效降低建筑能耗。

三.我国太阳能热泵的发展存在着一些问题

1.投资经济性

能源结构和燃料价格直接影响太阳能热泵的经济性，例如，我国西部地区以煤炭为主的能源结构以及较低的燃料价格必将影响太阳能热泵的市场竞争力。同时，太阳能热泵系统初投资偏高也是影响其经济性的重要因素之一。

2.性能可升性

各种类型的太阳能热泵性能有待提高，要使部件之间的匹配关系达到投资运行最佳效益，要将系统设计与建筑设计结合起来，既要考虑系统性能又要考虑建筑美观，要实行智能化控制，这需要各个专业、各个领域的人共同努力、相互配合。

3.公众对这一技术缺乏足够的了解和认识

目前，在我国制约太阳能热泵应用的主要障碍是系统初投资较高以及政府、建筑设计人员和公众对这一技术缺乏足够的了解和认识。通过政府部门、科研机构和工程技术人员的共同努力，借鉴国外的成功经验，我国太阳能热泵将得到较快的推广和发展。

四.太阳能辅助地源热泵系统及其特点

1.地源热泵系统

地源热泵系统是一种利用地表浅层地热资源作为冷热源，实现对建筑物的供暖或供冷的高效节能的空调系统。

地表浅层是一个巨大的太阳能集热器，蕴藏着无限的可再生能源，地源热泵通过输入少量的高品位能源（如电能），通过热泵实现低温位到高温位的能量转移。在冬季利用热泵吸收其热量向建筑供暖，在夏季热泵将吸收到的热量向其排放，实现对建筑物的供冷。其工作原理大都是通过外部管道及阀门的切换来实现冬夏工况的转换，夏季空调供、回水走蒸发器，水源水走冷凝器，冬季空调供回水走冷凝器，水源水走蒸发器。

地表浅层地热资源的温度计一年四季相对稳定，冬季比环境空气温度高，夏季比环境空气温度低，是热泵很好的供热热源和供冷冷源，这种特性使得地源热泵比传统空调运行效率要高35%左右，通常地源热泵机组的性能系数COP（指其制热量与所消耗的电能的比值）达到3.8～5.4，即消耗1kW的能量可以得到4kW以上的热量或制冷量。

2.地源热泵系统特点

（一）节能

地源热泵系统利用地表浅层地能进行供热、制冷，与使用煤、气、油等常规能源供热制冷方式相比，地源热泵系统供热时省去了燃煤、燃气、然油等锅炉房系统，节约了煤、气、油等这些常规的不可再生能源；供冷时省去了冷却水塔，避免了冷却塔的水耗。

（二）环保

利用地源热泵系统供热、制冷无燃烧过程，避免了排烟、排污等污染，不产生废渣、废水、废气和烟尘。

（三）运行效能高、费用低

夏季高温差的散热和冬季低温差的取热，使得地源热泵系统换热效率很高。因此，产生同样热量或冷量，其只需小功率的压缩机就可实现，大大减少了电能消耗。其耗能仅为普通中央空调和锅炉系统的50%～60%。

3.便于建筑物景观设计

传统的空调供热，要有一个锅炉房，空调一般要在楼上放一个冷却塔。地源热泵系统免设锅炉房，又避免了在楼顶设置冷却塔。

五.太阳能辅助热源热泵系统的可行性、必要性极其设计

1.太阳能作为辅助热源的可行性

我国每年接受的太阳能辐射量如果核算成煤的话差不多需要24000亿吨的煤，此外，我国整体太阳能分布比较平均。量足且均匀的特点就在大方向上确保了太阳能作为辅助热源的可行性。不过，我国在太阳能利用中也存在着缺点：能流密度低以及易受到各种因素的影响。

2.太阳能作为辅助热源的必要性

举例来说：在我国的北方，由于冬季热负荷很大，如果系统以热负荷为目的的话，这个时候完全使用地源热泵供暖就会导致成本非常高，而产生的效率却比较低下，长期运行这种系统的话还会导致大地温度的下降。除了以上问题以外，由于这种系统COP值较低，所以会有很多设计的要求无法实现。

3.太阳能辅助热源的地源热泵设计

在我们的具体工作中，以太阳能当做辅助热源的地源热泵系统有三种方式：串联系统、并联系统以及混合联系统。太阳能辅助热源的地源热泵设计流程图如下：

（一）并联式系统

并联式系统是把太阳能供热系统和地源热泵系统交替进行供热，在太阳能集热器收集的热量过多的时候可以把这些多余的热量转移到地下进行储存，通过这一方式提高了地热恢复的速度。另一方面，在阴天或者夜间等太阳能不能够满足供暖需求的时候可以使用地热进行供热。

一般来说这种系统使用主要是在地下水温度不低于15度的地方，地热主要起到供热作用，而太阳能起辅助作用。在地热的存储中，我们的原则是夏热冬用、冬冷夏用。

（二）串联式系统

串联式系统中，太阳能集热器所收集的热量不像并联式系统一样存储于地下，而是将其存储于蓄热的水箱中，然后水箱中的热水经过换热的方法提升进到蒸发器入口介质的温度，最终保证系统的COP值。在这种系统中，冬天由于太阳能较弱，我们可以使用集热器所串接的蒸发器作为辅助热源。

（三）混联式系统

在这种系统中，太阳能集热器与地源热泵连接方式有很多种，举例来说：地源热泵可以有两个蒸发器，这样一个可以用于连接太阳能集热器，而另一个把空气源作为热源，这种方式可以有效地提升整个系统的COP值。在蓄水箱温度不低于25度的时候，可以不间断的为建筑供暖，进而保证了电能的节约。

六.结束语

综上所述，世界各国的能源的量都是有限的，我国也是同样如此。资源对国家的经济发展具有重大的影响作用，是国家经济发展的核心支柱和能量。太阳能作为当今社会的新能源，在科学技术的不断发展的今天，太阳能对热源地源热泵系统的运行具有重要的影响，我们在今后的能源发展过程中，应该在把握科学发展观的同时，注重科学创新。

参考文献：

[1]徐伟，地源热泵、太阳能热泵技术应用[J].工程质量，2003.

[2]中华人民共和国国家标准.地源热泵系统工程技术规范GB50036-2009[S],中国建筑工业出版社,2009.

[3]庄迎春，直埋式地源热泵系统技术研究及应用，吉林大学硕士论文，2002.3