太阳能系统与地源热泵系统联合供热

太阳能系统与地源热泵系统联合供热太阳能系统与地源热泵系统联合供热的原则是；以地源热泵系统为主，太阳能系统为辅 助热源，但在运行控制上要优先采用太阳能，并加以充分利用。在供热运行模式下，北区试 验区域采用的散热器采暖系统与办公区域采用的地面辐射采暖系统串联运行，以提高太阳能 的利用率。（一）太阳集热系统北区采用140 m2平板型太阳集热器，采用太阳能与建筑一体化技术，使太阳集热器与建 筑完美结合。本示范工程将太阳集热器设置在建筑的南立面上，与玻璃幕墙融为一体，这样 既丰富了建筑的立面效果，又起到了利用太阳能的作用。北区冬季热负荷大于夏季冷负荷， 可以采用太阳能辅助供热，解决地下的热量不平衡问题，提高地源热泵系统的运行效率。在北区，太阳能除冬季与地源热泵系统联合供热外，其它季节，在不供热时，采用季节 性蓄热技术将热量储存在蓄热水池中，供冬季采暖使用。（二）联合供热方案比较 太阳能系统与地源热泵系统联合供热的方式有两种：并联和串联方式。并联方式示意图 如图1 所示：图1 太阳能系统与地源热泵系统并联供热方式串联方式示意图如图2所示： 并联运行模式与串联运行模式相比，存在以下弊端：（1） 当太阳能系统与地源热泵系统同时运行时，系统的循环水量为两者之和，太阳能 系统能否直接供热，直接影响系统的循环水量，进而影响热泵机组的可靠性。（2）在并联运行模式下，当T温度低于50C时，太阳能不能被直接利用，只能去加热 g土壤，提高热泵机组蒸发器侧的温度。而在串联模式下，当T温度低于50C，而 g高于40C时，可以与地源热泵机组串联运行，充分提高地源热泵机组的COP值。 基于串联运行模式的优点，本示范工程采用串联运行模式。其运行策略为：在供暖初始 时，由于采用了季节性蓄热的技术，同时，在室外温度较高的情况下，采暖负荷较小，此时， 经过太阳能加热后的供水温度T较高，若温度高于50C，则利用太阳能直接采暖；若供水温 g度低于48C,并且高于40C,则太阳能米暖系统与地源热泵系统串联运行，即经过太阳能加 热后的水再经过地源热泵系统提升（达到50C ）后，供给末端。若供水温度低于40C，并且 高于20C，则太阳能系统接入地源热泵系统的地下换热器，加热土壤的温度，同时提高热泵 机组蒸发器侧的进水温度，以提高热泵机组的效率。若供水温度低于20C，则太阳能系统直 接接入热泵机组的蒸发器侧。冷凝器侧进、出水温度（45/50C） 定的情况下，不同的蒸发器进水温度对机组COP 值的影响，如图3所示。图3蒸发器水温度对机组COP值的影响图 冬季，在无太阳能作为辅助热源的情况下，地源热泵系统长期运行后，地源热泵机组蒸 发器侧的温度在0C左右，机组的COP值仅为2.5 ；而在有太阳能作为辅助热源的情况下，地 源热泵机组蒸发器侧的温度可以在20C以上，机组的COP值在4.5以上。由上可以看出，太阳能系统和地源热泵系统联合运行后，能极大地提高系统对可再生能源的利用率。蒸发器侧进、出水温度（5/0C） 定的情况下，不同的冷凝器出水温度对机组COP值 的影响，如图4所示图4冷凝器出水温度对机组COP值的影响图由上图可以看出，当冷凝器侧出水温度为40C，机组的COP值为4.1,当冷凝器侧出水 温度为60C,机组的COP值为2.6。若太阳能一地源热泵系统与水温要求较低的末端系统（如 地板辐射采暖系统）配套使用，将能极大地提高系统对可再生能源的利用率。4.2 太阳能系统与地源热泵系统联合制冷南区夏季采用地源热泵系统与太阳能溴化锂制冷系统为办公区域提供冷量。在过渡 季，仅采用太阳能一溴化锂制冷系统为办公区域提供冷量。采用太阳能一溴化锂制冷系统时，需采用热管真空管太阳集热器。本项目采用了250m2 集热器，设置在平屋顶上。太阳能一溴化锂制冷技术的示意图如图3所示。其运行的原理如.”，接地源热泵机组診1 v接地源热泵机组水泵接地源热泵系统接地源热泵系统“刑换热器图5太阳能一溴化锂制冷系统原理图U型换热器在制冷工况下，地源热泵系统与太阳能一溴化锂制冷系统交替运行，冷却系统均采用土 壤U型地埋管换热器。根据蓄冷/热水箱中的温度判断地源热泵系统与太阳能一溴化锂制冷系 统的启停。当蓄冷/热水箱中的温度低于设计值时，太阳能溴化锂制冷系统运行，地源热 泵系统停止；当蓄冷/热水箱中的温度高于设计值时，地源热泵系统运行，太阳能溴化锂 制冷系统停止。5. 结论 太阳能、地热能作为可再生能源，在建筑领域的能源利用中发挥着越来越重要的作用它们的应用是解决我国能源和环境问题的重要措施之一。本文详细阐述了太阳能系统与地源 热泵系统联合供热、制冷的原理，分析了太阳能系统与地源热泵系统的优化运行模式，为可 再生能源的合理利用提出建议。