◆于 良 許新中 吳艷元 董珊珊

1 現(xiàn)有技術(shù)所存在的缺點(diǎn)

現(xiàn)有的單一性太陽能供暖系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，運(yùn)行可靠，但陽光集熱密度較低，需要較大的太陽能集熱器采光面積，由于天氣的變化需要較大的儲(chǔ)熱水箱，因?yàn)楣嶂芷谳^短，往往會(huì)出現(xiàn)冬季供熱不足，夏季供熱過剩的現(xiàn)象，無法實(shí)現(xiàn)季節(jié)性儲(chǔ)能。

當(dāng)前的太陽能供熱系統(tǒng)雖然也設(shè)置有熱泵、電、燃?xì)廨o助供熱、降溫裝置，但是并沒有對(duì)其釋放的熱量進(jìn)行收集利用，因此造成一定程度的浪費(fèi)，導(dǎo)致整體能源利用率較低。

目前太陽能集熱器獲取太陽輻射能轉(zhuǎn)化熱量，通過管路系統(tǒng)送至室內(nèi)進(jìn)行采暖。夏季過剩熱量?jī)?chǔ)存在儲(chǔ)熱水箱內(nèi)。當(dāng)太陽能集熱器收集的熱量小于供暖負(fù)荷時(shí)，由儲(chǔ)存的熱量來補(bǔ)充，若儲(chǔ)存的熱量不足時(shí)，由備用的輔助熱源提供。較大的集熱器組件和較大的水箱提高了投資成本，占地面積較大。

由于太陽能季節(jié)性不均衡特點(diǎn)，直接利用太陽能采暖受到限制，單純地源熱泵系統(tǒng)在北方地區(qū)使用，由于采暖和制冷所需熱量嚴(yán)重失衡，會(huì)導(dǎo)致土壤熱量得不到補(bǔ)充，而至地源熱泵系統(tǒng)運(yùn)行幾年后運(yùn)行費(fèi)用升高或機(jī)組無法啟動(dòng)。

因此，有必要對(duì)現(xiàn)有太陽能供熱系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)，使其對(duì)太陽能、蓄熱、熱泵、光伏技術(shù)得到綜合利用。

2 系統(tǒng)裝置的設(shè)計(jì)思想

該系統(tǒng)裝置的設(shè)計(jì)在于克服現(xiàn)有太陽能和熱泵利用方面的缺陷，提供一種將太陽能、熱泵、土壤跨季節(jié)蓄熱、光伏照明等新能源綜合利用的新技術(shù)，該技術(shù)可將夏季太陽能轉(zhuǎn)換成的熱能儲(chǔ)存到地下的土壤中，冬季再將儲(chǔ)存在土壤中的熱能釋放到室內(nèi)。

為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，該系統(tǒng)裝置采用的技術(shù)方案是提供一種太陽能熱泵蓄熱采暖系統(tǒng)，其特征在于系統(tǒng)構(gòu)成四個(gè)循環(huán)回路（如圖1所示）：

1）集熱循環(huán)回路，該系統(tǒng)包括真空管集熱器，真空管集熱器通過集熱循環(huán)管路與換熱水箱的進(jìn)出水口連接組成循環(huán)回路；

阿里便“哦”了一聲，趕緊爬了起來。他穿好衣服，走到母親睡覺的房間，站在門口說：“姆媽，我乖。我刷牙。我要吃熱干面?！?/p>

2）熱水循環(huán)回路，換熱水箱內(nèi)a換熱器的進(jìn)水口與冷水管路連接，出水口與供熱水管路連接，供熱水管路末端與淋浴器、凈水器、開水器連接組成循環(huán)回路；

3）蓄熱循環(huán)回路，換熱水箱內(nèi)b換熱器上的進(jìn)出水口通過熱泵循環(huán)管路與熱泵右側(cè)兩端口連接組成，其中一路通過熱泵系統(tǒng)管路與埋設(shè)于地下的U形管、水泵串聯(lián)與熱泵的右側(cè)端口連接組成循環(huán)回路；

4）采暖循環(huán)回路，熱泵的左側(cè)兩端口經(jīng)采暖循環(huán)管與冷熱風(fēng)機(jī)盤管或輻射地?zé)岜P管、水泵串聯(lián)組成循環(huán)回路。

為了有效地提高熱泵的使用效率，其中優(yōu)選的技術(shù)方案是熱泵選用了水源和氣源雙源熱泵。

為了更有效地利用太陽能轉(zhuǎn)化成的熱能，優(yōu)選系統(tǒng)用水設(shè)計(jì)，包括開水器、凈水器和淋浴器。在淋浴器與冷水管路之間設(shè)有水溫調(diào)節(jié)閥；在真空管集熱器通往換熱水箱的循環(huán)管路上設(shè)有流量調(diào)節(jié)閥。

為了便于控制熱水的水溫，使其熱水達(dá)到設(shè)定溫度后再流入開水器內(nèi)，在開水器與凈水器之間安裝了閥門。

為了達(dá)到個(gè)各系統(tǒng)循環(huán)水不同的水溫、水質(zhì)的要求，熱水箱中的設(shè)計(jì)a、b換熱器，a換熱器組成熱水循環(huán)回路、b換熱器組成采暖循環(huán)回路。

為了便于隨時(shí)控制調(diào)節(jié)每一個(gè)制冷或供熱單元的實(shí)際溫度，優(yōu)選的技術(shù)方案在采暖循環(huán)回路的進(jìn)出口上均設(shè)有閥門。

為了使得太陽的能量得到進(jìn)一步充分的利用，該系統(tǒng)中還設(shè)計(jì)了太陽能光伏電池，太陽能光伏電池通過逆變器與照明燈和/或換氣扇連接。

該系統(tǒng)裝置的優(yōu)點(diǎn)和有益效果在于，該太陽能熱泵蓄熱采暖系統(tǒng)采用了太陽能、熱泵、土壤跨季節(jié)蓄熱、光伏照明、新風(fēng)換氣等新能源綜合節(jié)能技術(shù)。利用太陽能通過土壤蓄能方式使春夏秋三個(gè)非供暖季的太陽能得到收集并儲(chǔ)存，并用于冬季供暖，這對(duì)于實(shí)現(xiàn)太陽能全年收集利用，徹底永久性消滅采暖小煤爐對(duì)城市空氣污染的影響、改善居民生活質(zhì)量、緩解城市能源供需緊張都具有十分重要的意義。

圖1 英豪陽光公司太陽能熱泵蓄熱采暖系統(tǒng)裝置示意圖

3 系統(tǒng)裝置的示范工程

一種具有太陽能熱泵蓄熱采暖系統(tǒng)，被安裝在北京大興區(qū)定福莊小學(xué)184平方米教室。該系統(tǒng)裝置包括：真空管集熱器、換熱水箱（0.5噸）、熱泵、土壤蓄熱循環(huán)系統(tǒng)、地板輻射采暖或冷熱風(fēng)機(jī)空調(diào)系統(tǒng)、新風(fēng)機(jī)換氣和光伏發(fā)電照明系統(tǒng)。系統(tǒng)采用的太陽能真空管集熱器是由一種高效鎖熱環(huán)真空管組成，八平方米一組，采用四組安裝在房屋頂部，采光面積為32平方米。系統(tǒng)采用雙源（水源和空氣源）熱泵5P機(jī)型，用換向閥實(shí)施轉(zhuǎn)換。

系統(tǒng)的土壤蓄熱技術(shù)是采用太陽能自采暖設(shè)計(jì)跨季節(jié)蓄熱方式，在宅基地地面上打六眼100米深豎井，垂直埋管入U(xiǎn)型管組成蓄熱循環(huán)系統(tǒng)，南向坡屋面上的32平方米太陽能集熱器與地埋U型管構(gòu)成跨季節(jié)蓄熱循環(huán)回路。夏季晴天太陽能集熱器收集到的剩余熱能由管路系統(tǒng)傳輸儲(chǔ)存到地下土壤中，冬季聯(lián)通采暖循環(huán)系統(tǒng)，將地下土壤中的熱能輸送到室內(nèi)供采暖，實(shí)現(xiàn)了全年集熱，冬季使用的跨季節(jié)儲(chǔ)熱利用，設(shè)計(jì)理論和實(shí)用效果表明，太陽能采暖的保障率逐年遞增，預(yù)計(jì)第四年基本達(dá)到94%。

為解決初期儲(chǔ)熱過程中，地下土壤含熱量不飽和，滿足不了冬季供熱需求的問題，利用雙源熱泵在取熱供暖過程中對(duì)熱源溫度進(jìn)行提升。利用熱泵技術(shù)可將需要的室內(nèi)溫度升降自如，夏季將室內(nèi)的熱量轉(zhuǎn)移到室外地下土壤里，實(shí)現(xiàn)室內(nèi)降溫。冬季將室外的熱量轉(zhuǎn)移到室內(nèi)采暖，實(shí)現(xiàn)室內(nèi)升溫。

該系統(tǒng)的太陽能蓄熱采暖裝置利用地源熱泵向地下土壤輸送全年太陽能集熱并蓄存，冬季作為建筑采暖熱源使用。夏季熱泵制冷同時(shí)也向土壤蓄熱。系統(tǒng)還可以全年供應(yīng)45 ℃生活熱水和飲用開水。

系統(tǒng)所述新風(fēng)機(jī)換氣裝置是在用戶需要的情況下實(shí)施安裝，保持室內(nèi)空氣一小時(shí)換氣一次的效果。光伏發(fā)電照明系統(tǒng)是在用戶需要的情況下實(shí)施安裝。采用該項(xiàng)專利新技術(shù)（專利號(hào)：20420093673.1），每平方米集熱器每年可提供生活熱水21噸以上45 ℃生活熱水或六噸開水，可供八平米建筑面積采暖。按照100平方米建筑面積計(jì)算，每年共可節(jié)約電能2.15萬KWh，冬季采暖可節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤5.73噸，減少二氧化碳排放14.898噸，二氧化硫137.52公斤，氮氧化物（NOX）40.11公斤。

4 結(jié)論

設(shè)計(jì)一種太陽能熱 泵蓄熱采暖系統(tǒng)裝置，利用太陽能、熱泵、光伏、儲(chǔ)熱技術(shù)，可滿足北方中小學(xué)全年采暖、空調(diào)、照明、熱水供應(yīng)。安裝在北京大興區(qū)定福莊小學(xué)184平方米教室運(yùn)行一年效果良好（室內(nèi)溫度在23 ℃左右）。系統(tǒng)可達(dá)到理想的節(jié)能效果。該系統(tǒng)設(shè)計(jì)的新風(fēng)機(jī)換氣裝置和光伏發(fā)電照明系統(tǒng)裝置是在用戶需要的情況下實(shí)施安裝，可達(dá)到系統(tǒng)新技術(shù)綜合利用。

[1]程翠英,許新中,吳艷元,董珊珊.太陽能自采暖農(nóng)宅設(shè)計(jì)與研究[J].太陽能,2014(1).

[2]羅運(yùn)俊,何梓年,王長(zhǎng)貴.太陽能熱利用技術(shù)[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2009(10).

[3]DBJ11-602-2006 北京市居住建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)[S].北京,2006.