太陽能地熱供暖系統(tǒng)屬于地源熱泵系統(tǒng)嗎？
時間:2022-02-28
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太陽能地熱供暖系統(tǒng)屬于地源熱泵系統(tǒng)嗎？
太陽能和淺層地熱能利用技術(shù)都具有自身的特點和局限性，使其適用性受到了相當限制。可以將地源熱泵做主要能源，太陽能做輔助能源，兩者管道并聯(lián)直接連接到水箱上面，平時太陽能充足時，用太陽能，當太陽能光照不足，水溫溫度達不到設(shè)定溫度，再啟動地源熱泵，兩者結(jié)合，可以保障日常用水的平穩(wěn)性，太陽能作為輔助熱源，與地源熱泵聯(lián)合運行時，主要有兩種運行方式：串聯(lián)與并聯(lián)方式。
?。?）串聯(lián)系統(tǒng)：在此系統(tǒng)中，太陽能集熱器采集的熱量儲存在蓄熱水箱中，水箱中的熱水通過換熱，用于提升進入蒸發(fā)器入口的介質(zhì)的溫度，從而提供整個系統(tǒng)的COP值。
（2）并聯(lián)系統(tǒng)：此系統(tǒng)是將太陽能供熱系統(tǒng)和地源熱泵系統(tǒng)交替使用。當太陽能集熱器的溫度較高，可以將集熱器的熱量轉(zhuǎn)移到地下貯存，這樣即可使土壤溫度場得以較快的恢復，又可提高集熱效率。當太陽能供熱系統(tǒng)不能滿足建筑物需求（陰天或夜間），則可采用地源熱泵系統(tǒng)供熱。
地源熱泵技術(shù)是可再生能源應(yīng)用的主要方向之一，即利用淺層地熱能資源進行供熱與空調(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》的實施，地源熱泵系統(tǒng)工程的市場更加規(guī)范化，能更好地發(fā)揮其節(jié)能、環(huán)保效益。但該系統(tǒng)存在土壤溫度場的恢復問題，即隨著地源熱泵系統(tǒng)連續(xù)長期的運行，會從地下過多的取熱或過多的散熱，造成地下溫度場的波動，降低機組的 COP 值，增加系統(tǒng)能耗。
地源熱泵是一種利用地下淺層地熱資源（包括地下水、土壤或地表水等）的，既可供熱又可制冷的高效節(jié)能裝置。夏季制冷時，大地作為排熱場所，把室內(nèi)熱量以及壓縮機耗能通過埋地盤管排入大地中，再通過土壤的導熱和土壤中水分的遷移把熱量擴散出去；冬季供熱時，大地作為熱泵機組的低溫熱源，通過埋地盤管獲取土壤中熱量為室內(nèi)供熱。兩個換熱器都既可作冷凝器又可作蒸發(fā)器，只是因季節(jié)不同而功能不同。
地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)由于冬季從大地中取出的熱量可在夏季得到補償，因而可使大地熱量基本平衡。由于地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)采取了特殊的換熱方式，使它具有其他中央空調(diào)系統(tǒng)所不可比擬的優(yōu)點，而且由于地能溫度比較恒定，使得熱泵機組運行更可靠、穩(wěn)定，也保證了系統(tǒng)的高效性和經(jīng)濟性；并且地源熱泵系統(tǒng)可一機多用，既可供暖、制冷，還可提供生活熱水。
我國北方地區(qū)建筑物冬季熱負荷較大，因此系統(tǒng)設(shè)計主要以熱負荷為主。若完全采用地源熱泵來供暖的話，則地熱換熱器和機組的初投資均比較高，連續(xù)運行的效率也較低。而在夏季運行時，機組的容量就過大，造成浪費；而且由于這些地區(qū)冬季從大地取熱多于夏季大地的蓄熱，長期運行將造成大地溫度降低。
熱泵系統(tǒng)的COP值也比較低，系統(tǒng)將無法滿足設(shè)計要求，熱泵的節(jié)能效果就體現(xiàn)不出來。而采用太陽能作為輔助熱源，使熱泵系統(tǒng)可以按照夏季工況進行設(shè)計，由太陽能集熱器承擔一部分熱負荷，這將大大降低地源部分的初投資。太陽能資源豐富、清潔無污染，既屬于一次能源又屬于可再生能源，雖然其能源密度低、能量供應(yīng)具隨機性和間歇性，使太陽能的利用受到一定的限制，但隨著技術(shù)條件的不斷進步，將逐漸解決目前太陽能－地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)所存在的一些問題，使其理論不斷得到完善，從而太陽能將作為輔助熱源應(yīng)用在空調(diào)、制冷、供暖等各方面，具有廣闊的發(fā)展前景。
太陽能供熱系統(tǒng)在居住建筑中應(yīng)用的問題主要集中在如何解決系統(tǒng)造價較高，需要尋找合適的可靠輔助熱源和如何利用非采暖季所收集的太陽得熱這三個方面。
目前太陽能供熱系統(tǒng)的輔助熱源通常使用電和燃氣等常規(guī)能源，在建筑全年消耗的熱量中常規(guī)能源往往還要占掉40-90%，因此有必要探討利用其他可靠的可再生能源作為輔助熱源，從而提高可再生能源在建筑能耗中的比例的可行性。
如果建筑中設(shè)有太陽能制冷系統(tǒng)，則非采暖季所收集的太陽得熱可以很方便地消耗掉。但太陽能制冷系統(tǒng)現(xiàn)階段尚不具備商業(yè)化能力。采用季節(jié)蓄熱的也是一種辦法，但造價較高，有時還需要采用熱泵等方式二次提升使用。如果不采用以上措施在非采暖季用熱，則非采暖季的太陽能只有浪費掉，而且防止系統(tǒng)過熱也是一個技術(shù)難題。
我國處于利用太陽能較有利的區(qū)域內(nèi)，只要具有一定的技術(shù)水平和必要的資金投入就可以自由利用。因此采用太陽能－地源熱泵技術(shù)不僅會極大的減少我國石化能源的消費量，使我國的能源結(jié)構(gòu)得到優(yōu)化，實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展計劃，將是解決我國能源和環(huán)境問題的重要措施之一，將會成為21世紀暖通行業(yè)的主流方向。
