摘 要：由于單獨(dú)運(yùn)行太陽能和地源熱泵系統(tǒng)時(shí)，各自存在缺陷。因此提出太陽能與地源熱泵系統(tǒng)聯(lián)合供暖的運(yùn)行方式。建立太陽能集熱器和地源熱泵機(jī)組的數(shù)學(xué)模型，并以某地區(qū)地區(qū)某工程為例，通過測試得到室外溫度、逐時(shí)熱負(fù)荷、太陽能輻射強(qiáng)度和地源熱泵機(jī)組進(jìn)出水溫度。采用靜態(tài)分析法計(jì)算聯(lián)合供暖系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性。結(jié)果表明，聯(lián)合供暖系統(tǒng)在初投資上比單獨(dú)使用地源熱泵系統(tǒng)高，但運(yùn)行6年后能收回初投資。同時(shí)在熱負(fù)荷大于冷負(fù)荷地區(qū)，聯(lián)合供暖系統(tǒng)更具有可行性和環(huán)保性。

關(guān)鍵詞：聯(lián)合供暖；地源熱泵；經(jīng)濟(jì)性；環(huán)保性

隨著全球工業(yè)迅速崛起，經(jīng)濟(jì)發(fā)展十分迅速，城市化進(jìn)程日益加快使得能源消耗增漲迅速，在許多國家，能源危機(jī)日益凸顯。目前應(yīng)用較多的礦物能源是石油、天然氣和煤炭，核裂變能也在逐漸開發(fā)研究中。礦物能源推動(dòng)了世界經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，但其帶來的環(huán)境問題卻越發(fā)嚴(yán)重，節(jié)能減排已經(jīng)是所有人都將重視的一個(gè)話題。

地源熱泵系統(tǒng)是利用淺層地能進(jìn)行供熱和制冷的一種新型能源利用技術(shù)。該系統(tǒng)利用地下土壤或地下水體中蘊(yùn)藏的巨大蓄熱或蓄冷能力，冬季：地源熱泵系統(tǒng)將室內(nèi)冷量轉(zhuǎn)移至地下，同時(shí)將熱量送至室內(nèi)；夏季：再把室內(nèi)熱量轉(zhuǎn)移至地下，同時(shí)再把冷量送至室內(nèi)。一個(gè)年度形成一個(gè)冷熱循環(huán)，實(shí)現(xiàn)綠色建筑的功能。

地源熱泵系統(tǒng)具有高效節(jié)能，無環(huán)境污染，維護(hù)費(fèi)用低，使用壽命長等優(yōu)點(diǎn)；但在北方地區(qū)，如果長期使用地源熱泵系統(tǒng)會(huì)使地下溫度場得不到有效的恢復(fù)，造成地下土壤熱不平衡的問題。

太陽能供熱系統(tǒng)指利用太陽能集熱器，收集太陽輻射能實(shí)現(xiàn)平時(shí)供熱水或冬季供暖的系統(tǒng)。它具有節(jié)能環(huán)保，使用安全，不占空間等優(yōu)點(diǎn)；但太陽能同時(shí)具有分散性，不穩(wěn)定性和效率低等缺點(diǎn)。

本文將太陽能系統(tǒng)和地源熱泵系統(tǒng)的優(yōu)勢結(jié)合起來，通過太陽能—地源熱泵聯(lián)合供暖的運(yùn)行模式，就經(jīng)濟(jì)性上聯(lián)合供暖系統(tǒng)的初投資比單獨(dú)使用地源熱泵系統(tǒng)高3000元，但運(yùn)行約6年后能收回初投資，并且在環(huán)保性上聯(lián)合供暖系統(tǒng)緩解了地下土壤熱不平衡的問題，更大可能的利用了可再生能源。

一、聯(lián)合供暖系統(tǒng)的工作原理

太陽能—地源熱泵聯(lián)合供暖系統(tǒng)指太陽能集熱器部分與地源熱泵地埋管部分同時(shí)工作，共同承擔(dān)室內(nèi)所需的熱負(fù)荷。夏季：V1閥門處于關(guān)閉狀態(tài)，V2閥門處于開啟狀態(tài)，此時(shí)地源熱泵系統(tǒng)利用地下土壤的冷源負(fù)責(zé)室內(nèi)制冷，而太陽能供熱系統(tǒng)利用太陽能提供生活熱水；冬季：V1閥門處于開啟狀態(tài)，V2閥門處于關(guān)閉狀態(tài)，地源熱泵系統(tǒng)與太陽能供熱系統(tǒng)聯(lián)合運(yùn)行，共同承擔(dān)室內(nèi)的熱負(fù)荷，此時(shí)太陽能供熱系統(tǒng)作為地源熱泵系統(tǒng)的輔助熱源。

二、建立數(shù)學(xué)模型

（一）地源熱泵機(jī)組數(shù)學(xué)模型

三、案例分析

本文以某地區(qū)地區(qū)某層高為3.0m，建筑面積為207 的工程為例。在最冷月即1月份中選擇典型2天連續(xù)測得，室外逐時(shí)平均溫度為-19.5 ，室外逐時(shí)平均熱負(fù)荷為12.5kw，其中最大熱負(fù)荷為14.8kw，日照時(shí)間內(nèi)的南向平均輻射強(qiáng)度為374.1 。某地區(qū)地區(qū)冬季室內(nèi)供暖設(shè)計(jì)溫度為20 。如圖1，圖2。

地源熱泵機(jī)組在冬季運(yùn)行時(shí)，蒸發(fā)器進(jìn)水平均溫度為13 ，蒸發(fā)器出水平均溫度為8.3 ；冷凝器進(jìn)水平均溫度為45.2 ，冷凝器出水平均溫度為48 。其中蒸發(fā)器進(jìn)出水平均溫差為4.7 ，冷凝器進(jìn)出水平均溫差為2.8 ，地源熱泵機(jī)組運(yùn)行比較穩(wěn)定，蒸發(fā)器與冷凝器進(jìn)出水溫度變化較平穩(wěn)。如圖3。

四、經(jīng)濟(jì)性分析

某地區(qū)地區(qū)冬季供暖天數(shù)為150天左右，在相同的供暖管網(wǎng)與末端裝置的情況下，對太陽能—地源熱泵聯(lián)合供暖系統(tǒng)與單獨(dú)使用地源熱泵系統(tǒng)，進(jìn)行經(jīng)濟(jì)性分析與比較。

（一）初投資。太陽能—地源熱泵聯(lián)合供暖系統(tǒng)與單獨(dú)使用地源熱泵系統(tǒng)在同時(shí)不考慮：地源熱泵打井費(fèi)用，埋管費(fèi)用，設(shè)備室和控制室費(fèi)用等的情況下，聯(lián)合供暖系統(tǒng)比單獨(dú)使用地源熱泵系統(tǒng)增加的初投資為太陽能集熱器部分的費(fèi)用。

式中：為聯(lián)合供暖系統(tǒng)增加的初投資，元；為單位面積集熱器價(jià)格，按600元/ ；s為太陽能集熱器面積，5 。

（二）運(yùn)行費(fèi)用。計(jì)算兩種供熱系統(tǒng)的運(yùn)行費(fèi)用時(shí)，同時(shí)不考慮工作人員的管理費(fèi)用和設(shè)備的維護(hù)維修費(fèi)用。

1.太陽能—地源熱泵聯(lián)合供暖系統(tǒng)：由下表可知，太陽能—地源熱泵聯(lián)合供暖系統(tǒng)在初投資上比單獨(dú)使用地源熱泵供暖系統(tǒng)高3000元，但是聯(lián)合供暖系統(tǒng)的年運(yùn)行費(fèi)用比單獨(dú)使用地源熱泵系統(tǒng)低489元，運(yùn)行約6年就能收回初投資。且地源熱泵系統(tǒng)的壽命一般為20年，因此在經(jīng)濟(jì)性上，使用太陽能—地源熱泵聯(lián)合供暖系統(tǒng)比單獨(dú)使用地源熱泵供暖系統(tǒng)更經(jīng)濟(jì)。

五、結(jié)論

（一）在太陽能充且熱負(fù)荷大于冷負(fù)荷地區(qū)，使用太陽能—地源熱泵聯(lián)合供暖系統(tǒng)比單獨(dú)使用地源熱泵供暖系統(tǒng)運(yùn)行費(fèi)用更低，節(jié)約電費(fèi)，且運(yùn)行約6年就能收回初投資。

（二）熱負(fù)荷大于冷負(fù)荷地區(qū)，使用聯(lián)合供暖系統(tǒng)相對單獨(dú)使用地源熱泵供暖系統(tǒng)而言，能使地下溫度場得到有效的恢復(fù)，緩解地下土壤熱不平衡的問題。

（三）太陽能集熱器面積與機(jī)組熱效率成正比，與集熱器效率成反比，且會(huì)增大初投資，因合理選擇太陽能集熱器面積。

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