張朝偉

摘 要：太陽能-地源熱泵組合系統(tǒng)是將太陽能與地源熱泵相結(jié)合的高效、節(jié)能、綠色、環(huán)保的系統(tǒng)，可實現(xiàn)供熱、空調(diào)和供熱水三聯(lián)供。在夏季太陽能充足的情況下，通過蓄熱裝置將過剩的太陽能儲存在土壤中；冬季太陽能不足時，通過地源熱泵將夏季儲存的能量取出加以利用。

關(guān)鍵詞：太陽能；地源熱泵；冷暖熱水；三聯(lián)供

中圖分類號：TU832.1+7 文獻標識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.14.129

1 典型項目概況

1.1 項目概況

以天津某物流公司新建辦公樓工程為例，建筑總空調(diào)面積3 400 m2，其中，辦公樓面積2 090 m2，會議室與食堂面積958 m2，輔助區(qū)面積240 m2。

1.2 室外設(shè)計參數(shù)

室外設(shè)計參數(shù)如表1所示。

1.3 空調(diào)室內(nèi)設(shè)計參數(shù)

夏季：溫度為24～26 ℃，相對濕度小于或等于60%；冬季：溫度為18～22 ℃，相對濕度大于或等于30%.

1.4 設(shè)計依據(jù)

設(shè)計依據(jù)為《采暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計規(guī)范》和《地源熱泵系統(tǒng)工程技術(shù)規(guī)范》（GB 50366—2005）。

1.5 負荷計算

經(jīng)計算，該系統(tǒng)總冷負荷為296 kW，熱負荷208 kW。

2 系統(tǒng)技術(shù)、經(jīng)濟分析

2.1 技術(shù)分析

太陽能-地源熱泵冷暖熱水三聯(lián)供系統(tǒng)由地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)和太陽能光熱系統(tǒng)兩部分組成。地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)由室外地埋管、熱泵機組和末端風(fēng)機盤管組成，利用淺層地能對建筑物進行供熱制冷。太陽能光熱系統(tǒng)主要就是太陽能熱水器。目前，普遍以真空管式太陽能熱水器為主，承擔建筑物的生活熱水。

根據(jù)以上兩種系統(tǒng)的特點，將兩者有機地結(jié)合起來，即形成太陽能-地源熱泵冷暖熱水三聯(lián)供系統(tǒng)。通常，地源熱泵在供冷時的工質(zhì)的冷凝，大多通過土壤換熱器或井水冷卻。這部分巨大的熱能就浪費了，并且系統(tǒng)消耗大量的電能。帶熱回收地源熱泵機組巧妙地將這部分熱能加以利用，比如用作生活熱水。其做法就是在高溫、高壓的氣態(tài)工質(zhì)進入冷凝器初端時，再加一套熱回收用的熱交換裝置，再由土壤換熱器或井水冷卻。熱回收地源熱泵機組具有可選的熱回收功能，即可將25%冷負荷部分熱回收或全熱回收，在制冷季用戶可免費得到生活熱水，冬季可在供暖的同時提供生活熱水。這樣既解決了地源熱泵系統(tǒng)的熱平衡問題，又降低了太陽能熱水系統(tǒng)的能耗，可謂一舉兩得。

2.2 經(jīng)濟分析

2.2.1 空調(diào)冷暖系統(tǒng)全年運行費用比較

全年運行費用：130 475.5+142 571.5=273 047元。

全年運行費用比較：273 047-175 960.6=97 086.4元。

由此可見，帶熱回收地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)比風(fēng)冷熱泵空調(diào)系統(tǒng)年運行費用可節(jié)省97 086.4元。

2.2.2 生活熱水系統(tǒng)運行費用比較：

以該項目為例，該項目100人次洗浴日需要50 ℃生活熱水5 t，冬季地源熱泵機組帶部分熱回收裝置熱回收熱量為73 kW。自來水進水溫度為5 ℃，生活熱水出水溫度為50 ℃，溫差為45 ℃。每小時產(chǎn)水量為（溫差45 ℃）73/45/1.163=1.394 t。空調(diào)機組運行時間為5/1.394=3.58 h，空調(diào)機組消耗電量為45×5×1.163/4=65.4 kW·h，日電加熱5 t生活熱水（45 ℃溫差）所需電量為1.163×45×5/0.96=272.6 kW·h（電加熱功率為96%），日節(jié)約電量為272.6-65.4=207.2 kW·h。

天津地區(qū)月平均氣溫大于或等于10 ℃，全年日照時大于或等于6 h/d的晴朗天氣為250～275 d，需要輔助熱源天數(shù)為90～115 d。

冬季平均按照90 d估算太陽能不足以滿足生活熱水需要，電價按1元/kW·h計算，則冬季節(jié)約電費估算為90×207.2=18 648元。夏季，太陽能充足，基本不需要電輔助加熱。

因此，與一般太陽能加電輔助系統(tǒng)相比，太陽能加帶熱回收地源熱泵系統(tǒng)全年節(jié)約電費為18 648元。

2.2.3 全年運行比較

通過實際工程測算，太陽能-地源熱泵冷暖熱水三聯(lián)供系統(tǒng)與常用風(fēng)冷熱泵空調(diào)系統(tǒng)加以電輔加熱作為太陽能熱水輔助熱源系統(tǒng)相比，2 000 m2建筑物全面運行費用節(jié)省10萬元，其經(jīng)濟效果相當顯著。