太陽能系統(tǒng)與地源熱泵系統(tǒng)

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摘要：隨著我國能源的緊缺和《可再生能源法》的頒布和實(shí)施，太陽能、地?zé)崮茏鳛榭稍偕茉矗诮ㄖ械膽?yīng)用越來越受到人們的重視，但應(yīng)用的范圍僅限于太陽能提供生活熱水，或單獨(dú)利用地源熱泵系統(tǒng)提供采暖、空調(diào)，而兩者聯(lián)合運(yùn)行的實(shí)際工程很少，聯(lián)合運(yùn)行模式不合理。本文針對(duì)北京市某示范工程中應(yīng)用的太陽能－地源熱泵技術(shù)進(jìn)行闡述，分析了太陽能系統(tǒng)與地源熱泵系統(tǒng)聯(lián)合運(yùn)行的技術(shù)可行性及如何充分的利用太陽能提高地源熱泵系統(tǒng)的效率，強(qiáng)調(diào)了可再生能源綜合利用的必要性。
關(guān)鍵詞：可再生能源   太陽能   地源熱泵   綜合利用
1  引言
能源和環(huán)境是影響國民經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵因素，能源供應(yīng)形勢(shì)直接關(guān)系到國家的安全和社會(huì)穩(wěn)定。建筑領(lǐng)域消費(fèi)的能源，主要是煤炭、石油和天然氣等石化能源。這些能源，資源有限，不可再生，終究要枯竭，而且傳統(tǒng)能源會(huì)對(duì)環(huán)境造成嚴(yán)重的污染。我國人口眾多，人均資源占有量低于世界平均水平，與經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人民生活消費(fèi)的需求相比，能源供應(yīng)的缺口很大，而且能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)不合理，以煤為主的能源供給造成了嚴(yán)重的大氣污染和溫室氣體排放，我國目前的CO2排放量居世界第二位。我國是“京都議定書”的簽約國，目前的這種能源消費(fèi)方式，已受到國際社會(huì)的高度關(guān)注，加大了我們保護(hù)環(huán)境和改變經(jīng)濟(jì)增長模式的壓力。因此，節(jié)約能源和開發(fā)利用清潔、可再生能源的任務(wù)十分緊迫。
由于能源問題對(duì)國家安全和經(jīng)濟(jì)發(fā)展所起的重要作用，中央提出了建設(shè)節(jié)能省地型住宅的政策方針，因此，可再生能源在建筑中的應(yīng)用是建筑業(yè)技術(shù)進(jìn)步和行業(yè)發(fā)展的需要。隨著2006年1月《可再生能源法》的正式頒布與實(shí)施，太陽能、地?zé)崮茉诮ㄖ袠I(yè)中的應(yīng)用越來越受到人們的重視。
地源熱泵技術(shù)是可再生能源應(yīng)用的主要應(yīng)用方向之一，即利用淺層地?zé)崮苜Y源進(jìn)行供熱與空調(diào)，具有良好的節(jié)能與環(huán)境效益，近年來在國內(nèi)得到了日益廣泛的應(yīng)用。隨著《地源熱泵系統(tǒng)工程技術(shù)規(guī)范》的實(shí)施，地源熱泵系統(tǒng)工程的市場(chǎng)更加規(guī)范化，能更好的發(fā)揮其節(jié)能、環(huán)保效益。但地源熱泵系統(tǒng)存在土壤溫度場(chǎng)的恢復(fù)問題，即隨著地源熱泵系統(tǒng)連續(xù)長期的運(yùn)行，會(huì)從地下過多的取熱或過多的散熱，造成地下溫度場(chǎng)的波動(dòng)，降低機(jī)組的COP值，增加系統(tǒng)的能耗。
太陽能技術(shù)也是可再生能源應(yīng)用的主要應(yīng)用方向之一。北京屬于太陽能資源比較豐富的區(qū)域，太陽能年輻射總量在5600MJ/m2～6000 MJ/m2，年日照時(shí)數(shù)在2600小時(shí)～3000小時(shí)，所以太陽能技術(shù)在北京有很好的發(fā)展前景，并且太陽能在建筑中的應(yīng)用是現(xiàn)階段太陽能應(yīng)用中最具有發(fā)展?jié)摿Φ念I(lǐng)域。太陽能是永不枯竭的清潔能源，量大，資源豐富，綠色環(huán)保。 但太陽能也具有一些缺點(diǎn)：（1）太陽能的能流密度低。雖然到達(dá)地球表面的太陽能有102000TW，但即使在太陽能資源較豐富的沙漠地區(qū)，考慮到太陽集熱系統(tǒng)的效率和熱損失，每平米集熱器面積實(shí)際采集到的年平均太陽能輻射照度不到100W，而且它因地而異，因時(shí)而變。（2）太陽能具有間歇性和不可靠性。太陽能的輻照度受氣候條件等各種因素的影響不能維持常量，如果遇上連續(xù)的陰雨天氣太陽能的供應(yīng)就會(huì)中斷。此外，太陽能是一種輻射能，具有即時(shí)性，太陽能自身不易儲(chǔ)存，必須即時(shí)轉(zhuǎn)換成其它形式能量才能利用和儲(chǔ)存。
地源熱泵技術(shù)和太陽能技術(shù)自身存在的這些局限性，如果兩種能源能夠聯(lián)合使用，這樣能互相彌補(bǔ)自身的不足，提高資源利用率。
2  太陽能－地源熱泵技術(shù)應(yīng)用的條件
應(yīng)用太陽能－地源熱泵技術(shù)的原則：
（1）在經(jīng)濟(jì)許可的前提下最大限度地利用太陽能。太陽能是完全免費(fèi)的，在利用過程中，僅消耗水泵能耗，運(yùn)行費(fèi)用最低，所以在經(jīng)濟(jì)許可的情況下，盡可能增大太陽集熱器的面積，以提高太陽能的利用率。
（2）太陽能－地源熱泵技術(shù)適宜供全年生活熱水、冬季供暖、夏季制冷的全年綜合利用。在實(shí)際工程中，采用新能源后，系統(tǒng)初投資較高，尤其是對(duì)太陽集熱器，全部是增量成本，最好能全年綜合利用。例如：太陽集熱器冬季供熱、夏季制冷，在過渡季，不設(shè)空調(diào)時(shí)，太陽能除提供生活熱水外，將多余的熱量儲(chǔ)存起來，供冬季供熱。這樣的做法既可以做到太陽能的綜合利用，又可以避免太陽集熱器的空曬，增加了太陽集熱器的壽命。
（3）新能源利用的前提是必須采用節(jié)能建筑，以降低系統(tǒng)的初投資。太陽能的能流密度較低，太陽集熱系統(tǒng)的價(jià)格在目前仍然偏高；地源熱泵系統(tǒng)與常規(guī)系統(tǒng)相比，初投資也較高。為了盡可能減少系統(tǒng)的初投資，必須保證建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)符合節(jié)能規(guī)范的要求，以降低供暖、空調(diào)系統(tǒng)的負(fù)荷需求。
（4）與供水溫度要求低的末端系統(tǒng)配套使用。目前高溫型的地源熱泵機(jī)組COP值較低，對(duì)于常規(guī)地源熱泵機(jī)組來說，供熱時(shí)，出水溫度較低。同時(shí)，太陽集熱系統(tǒng)的集熱效率與集熱系統(tǒng)的出水溫度有關(guān)，溫度越高熱損失越大，集熱效率降低，因此在選擇供暖系統(tǒng)時(shí)應(yīng)優(yōu)先選擇供水溫度要求低的形式。

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