淺談帶輔助熱源的地源熱泵設(shè)計(jì)

1、tips 本文由李雪梅老師精心收編，值得借鑒。此處文字可以修改。淺談帶輔助熱源的地源熱泵設(shè)計(jì)【摘要】地源熱泵在我們生活工作中起到了較為明顯的的節(jié)能作用。但是其高投資也是制約其發(fā)展的因素。因此，研究帶輔助熱源的地源熱泵設(shè)計(jì)具有重要的意義。本文從帶輔助熱源地源熱泵必要性以及可行性出發(fā)，對(duì)于可行的帶輔助熱源的地源熱泵設(shè)計(jì)給出了分析與探討，并結(jié)合太陽(yáng)能這一具體輔助熱源給做了具體的分析，旨在對(duì)輔助熱源地源熱泵設(shè)計(jì)的研究起到一定的指導(dǎo)作用?！娟P(guān)鍵詞】帶輔助熱源；地源熱泵；太陽(yáng)能1、引言能源的緊缺使得我們意識(shí)到應(yīng)該把眼光轉(zhuǎn)向新的方向。我國(guó)地?zé)豳Y源非常豐富，目前，在地源熱泵方面的服務(wù)也取得了巨大的進(jìn)展，尤其針

2、對(duì)北方地區(qū)。這種地源熱泵供暖的方式相較于我們以往的空調(diào)系統(tǒng)，具費(fèi)用能夠節(jié)省25唯U50%止匕外，地源熱泵供暖更加穩(wěn)定，所以未來這一方式會(huì)得到更大的普及。但是地源熱泵首期投資非常大，這往往制約折我們的發(fā)展，針對(duì)這一情況，我們可以選擇在設(shè)計(jì)系統(tǒng)時(shí)搭配一種投資少的輔助熱源，下文將探討帶輔助熱源地源熱泵設(shè)計(jì)節(jié)能以及降低成本的效果，并以太陽(yáng)能為例分析其在地源熱泵中設(shè)計(jì)的具體效果。2、以太陽(yáng)能作為輔助熱源分析地源熱泵的設(shè)計(jì)輔助性熱源有很多，每一種輔助熱源對(duì)應(yīng)的設(shè)計(jì)又有很多不同，但是，無論具體設(shè)計(jì)怎么變，我們對(duì)于工作開展的思路是不變的，即我們首先要分析這種輔助能源的可行性與必要性，然后再根據(jù)具體情況作出具體

3、的設(shè)計(jì)?；谶@種思路，下文將選取太陽(yáng)能作為例子分析輔助熱源的重要性。我國(guó)處于地球的北半球，每年日照時(shí)間超過2000h,太陽(yáng)能非常巨大，在一年內(nèi)的太陽(yáng)能相當(dāng)于130萬億噸的煤燃燒所發(fā)出的能量，總體而言，我們可以認(rèn)為太陽(yáng)能是取之不盡的。加之目前全球范圍內(nèi)的能源緊缺嚴(yán)重，因此對(duì)太陽(yáng)能的開發(fā)已經(jīng)刻不容緩。而將太陽(yáng)能作為輔助熱源與地源熱相配合這一方式首先大幅度減少了污染，其次它也提供了很好的節(jié)約了能源、提升了效率，所以這里我們將以太陽(yáng)能為例作為輔助熱源，淺談一下地源熱泵的設(shè)計(jì)。我相信，通過對(duì)于這一設(shè)計(jì)的分析，對(duì)于我們的認(rèn)識(shí)會(huì)有很大的指導(dǎo)作用。下圖為部分月平均供暖負(fù)荷與太陽(yáng)能負(fù)荷的對(duì)比。2.1 太陽(yáng)能作為

4、輔助熱源的可行性我國(guó)每年接受的太陽(yáng)能輻射量如果核算成煤的話差不多需要24000億噸的煤，止匕外，我國(guó)整體太陽(yáng)能分布比較平均。量足且均勻的特點(diǎn)就在大方向上確保了太陽(yáng)能作為輔助熱源的可行性。不過，我國(guó)在太陽(yáng)能利用中也存在著缺點(diǎn)：能流密度低以及易受到各種因素的影響。針對(duì)這些問題，我相信隨著科技的不斷發(fā)展，我們對(duì)于太陽(yáng)能技術(shù)的利用也會(huì)不斷的成熟，最終會(huì)做到將其合理的利用于供暖之中o2.2 太陽(yáng)能作為輔助熱源的必要性舉例來說：在我國(guó)的北方，由于冬季熱負(fù)荷很大，如果系統(tǒng)以熱負(fù)荷為目的的話，這個(gè)時(shí)候完全使用地源熱泵供暖就會(huì)導(dǎo)致成本非常高，而產(chǎn)生的效率卻比較低下，長(zhǎng)期運(yùn)行這種系統(tǒng)的話還會(huì)導(dǎo)致大地溫度的下降。除

5、了以上問題以外，由于這種系統(tǒng)COP直較低，所以會(huì)有很多設(shè)計(jì)的要求無法實(shí)現(xiàn)。相反的，當(dāng)我們使用太陽(yáng)能作為輔助熱源的時(shí)候，可以使熱泵系統(tǒng)按夏季工況設(shè)計(jì)，這就使得太陽(yáng)能集熱器可以承擔(dān)一部分熱負(fù)擔(dān)，可以在很大程度上降低地源部分的投資。2.3 太陽(yáng)能輔助熱源的地源熱泵設(shè)計(jì)在我們的具體工作中，以太陽(yáng)能當(dāng)做輔助熱源的地源熱泵系統(tǒng)有三種方式：串聯(lián)系統(tǒng)、并聯(lián)系統(tǒng)以及混合聯(lián)系統(tǒng)。太陽(yáng)能輔助熱源的地源熱泵設(shè)計(jì)流程圖如下：(1)并聯(lián)式系統(tǒng)是把太陽(yáng)能供熱系統(tǒng)和地源熱泵系統(tǒng)交替進(jìn)行供熱，在太陽(yáng)能集熱器收集的熱量過多的時(shí)候可以把這些多余的熱量轉(zhuǎn)移到地下進(jìn)行儲(chǔ)存，通過這一方式提高了地?zé)峄謴?fù)的速度。另一方面，在陰天或者夜間等太

6、陽(yáng)能不能夠滿足供暖需求的時(shí)候可以使用地?zé)徇M(jìn)行供熱。一般來說這種系統(tǒng)使用主要是在地下水溫度不低于15度的地方，地?zé)嶂饕鸬焦嶙饔?，而太?yáng)能起輔助作用。在地?zé)岬拇鎯?chǔ)中，我們的原則是夏熱冬用、冬冷夏用。(2)串聯(lián)式系統(tǒng)串聯(lián)式系統(tǒng)中，太陽(yáng)能集熱器所收集的熱量不像并聯(lián)式系統(tǒng)一樣存儲(chǔ)于地下，而是將其存儲(chǔ)于蓄熱的水箱中，然后水箱中的熱水經(jīng)過換熱的方法提開進(jìn)到蒸發(fā)器入口介質(zhì)的溫度，最終保證系統(tǒng)的COP直。在這種系統(tǒng)中，冬天由于太陽(yáng)能較弱，我們可以使用集熱器所串接的蒸發(fā)器作為輔助熱源。(3)混聯(lián)式系統(tǒng)在這種系統(tǒng)中，太陽(yáng)能集熱器與地源熱泵連接方式有很多種，舉例來說：地源熱泵可以有兩個(gè)蒸發(fā)器，這樣一個(gè)可以用于連接

7、太陽(yáng)能集熱器，而另一個(gè)把空氣源作為熱源，這種方式可以有效地提升整個(gè)系統(tǒng)的COP直。在蓄水箱溫度不低于25度的時(shí)候，可以不間斷的為建筑供暖，進(jìn)而保證了電能的節(jié)約。2.4 太陽(yáng)能輔助熱源的地源熱泵設(shè)計(jì)中的優(yōu)勢(shì)與不足2.4.1 太陽(yáng)能輔助熱源的地源熱泵設(shè)計(jì)中的優(yōu)勢(shì)在其優(yōu)點(diǎn)上主要是：目前使用這種系統(tǒng)供應(yīng)熱水及空調(diào)可以在最大程度上節(jié)約電能，而且效率非常高，這可以幫助我們?cè)谧疃痰臅r(shí)間內(nèi)收回成本；由于這種聯(lián)合使用的系統(tǒng)相對(duì)于單獨(dú)地源熱泵更加的靈活，這就提高了整體設(shè)備的利用率；此外，由于太陽(yáng)能利用中本身存在的缺點(diǎn)而不能被廣泛利用，通過這種配合的方式可以解決太陽(yáng)能在利用時(shí)不穩(wěn)定、不規(guī)律的缺點(diǎn)。2.4.2 太陽(yáng)能

8、輔助熱源的地源熱泵設(shè)計(jì)中的不足針對(duì)其不足之處，主要原因是由于太陽(yáng)能的利用涉及到很多行業(yè)，所以不可能缺少開發(fā)商、建筑設(shè)計(jì)院以及研究院的支持，否則將寸步難行，而現(xiàn)在這種合作還暫時(shí)還不是很多。太陽(yáng)能的應(yīng)用過程中主要的問題是：(1)關(guān)于太陽(yáng)能輔助熱源的地源熱泵設(shè)計(jì)研究的理論尚不是很成熟，不能夠很好的確保其可靠性以及它們之間最合適的耦合方式；(2)太陽(yáng)能利用中存在固有缺陷即：太陽(yáng)能源密度與土壤熱流率低，這就需要集熱器的面積更大，因此受到環(huán)境制約較為嚴(yán)重。這一問題還不能夠完全的解決；(3)對(duì)這種系統(tǒng)研究的理論體系不完整，缺乏應(yīng)用的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，所以在具體的應(yīng)用中我們就不能夠提供充分的數(shù)據(jù)作為依據(jù)。3、由太陽(yáng)輔

9、助熱源分析普通輔助熱源的設(shè)計(jì)雖然文章從太陽(yáng)能這一輔助熱源作為切入點(diǎn)，但是從對(duì)于太陽(yáng)能輔助熱源與地源熱泵設(shè)計(jì)的分析對(duì)于我們了解其他輔助熱源有著很好的指導(dǎo)作用。從上文中我們可以看出。單純的地源熱泵設(shè)計(jì)是很難滿足我們需求的，而配合使用輔助熱源以后無論在供熱的穩(wěn)定性上，還是能源的消耗上，抑或成本的節(jié)約上都會(huì)起到立竿見影的效果。下面將引用一組數(shù)據(jù)來分析輔助熱源的使用會(huì)帶來怎樣的效果：對(duì)于地源熱泵配合燃?xì)忮仩t供熱方式,熱泵承擔(dān)的設(shè)計(jì)負(fù)荷比有40%t升到60%勺時(shí)候，熱泵供熱量由71.3%曾大至U了91.7%,鍋爐的運(yùn)行時(shí)間有62.5%M少到了33.5%,而當(dāng)熱泵承擔(dān)的設(shè)計(jì)負(fù)荷由60%t升到100%勺時(shí)候，

10、其耗煤量?jī)H僅降低了5.22%。由這一段話，我們可以清晰的看出輔助熱源與地源熱泵的聯(lián)合使用將會(huì)給我們傳統(tǒng)的供暖方式帶來很大的改善。4、結(jié)語從文章中我們可以看到，通過選取輔助熱源能夠有效地降低地源熱泵設(shè)計(jì)的成本、減少能耗并保持良好的取暖效果。而我們通過對(duì)于太陽(yáng)能這一具體輔助熱源將會(huì)對(duì)帶輔助熱源的地源熱泵設(shè)計(jì)產(chǎn)生更深刻的理解。不過帶輔助熱源的地源熱泵設(shè)計(jì)目前還處于一個(gè)未成熟的階段，有許多新的技術(shù)值得我們?nèi)W(xué)習(xí)，同時(shí)也有許多問題等待我們?nèi)ソ鉀Q。因此，我們要扎實(shí)自身技術(shù)，多學(xué)習(xí)、多思考，只有這樣我們對(duì)帶輔助熱源的地源熱泵設(shè)計(jì)水平才能更上一層樓。參考文獻(xiàn)1楊樹凡；羅玲玲；王健;；我國(guó)既有建筑節(jié)能改造對(duì)策與融資渠道探討J；能;2009年06期.2李兆堅(jiān)