史召峰+張正

摘 要：隨著科學技術的發(fā)展，太陽能和地熱能在各方面的應用日益廣泛，本文主要對太陽能和地熱能兩種能源在熱水系統(tǒng)方面的性能分析，以研究太陽能和地熱能結合起來作為一種復合新能源系統(tǒng)在高校公共浴室中的應用情況。

關鍵詞：復合新能源；太陽能；地熱能；地源熱泵；高校公共浴室

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.08.066

0 引言

在未來的50年中，可再生能源將被作為世界能源應用中的主要能源。地熱能和太陽能作為兩種可再生能源日益受到重視，這兩種能源的開發(fā)應用具有無限前景，地熱能是一種天然熱能，這種地球內(nèi)部的巨大資源來自于地球內(nèi)部的熔巖，它的存在方式是以熱力的形式存在。而當前的經(jīng)濟技術條件下可以開采的地熱能是淺層地熱能，埋深一般是地下200米，溫度不高于25度。太陽能作為一種可再生能源已經(jīng)被人類運用在很多方面，比如電力、熱水系統(tǒng)等等，人類對太陽能的應用技術已經(jīng)日趨熟練。本文主要對太陽能和地熱能進行綜合分析，以研究這兩種能源在高校公共浴室中的結合應用，為公共浴室方面的環(huán)境治理和資源的節(jié)省找出一條新的途徑。

1 高效公共浴室中太陽能和地熱能的應用分析

1.1 地熱能的應用分析

1.1.1 淺層地熱能的應用原理

淺層地熱能是指地球在收到太陽熱力的輻射后，在自身表面潛藏著的一定量的熱能。該熱能在地球熱能的組成中占據(jù)著重要部分，目前對于地熱能的開發(fā)利用中，主要開發(fā)的就是淺層地熱能，該地熱能的溫度一般在25度左右，溫度穩(wěn)定，波動小。對于淺層地熱能的應用主要是通過熱泵技術來實現(xiàn)熱交換，將淺層地熱能轉換為可以供熱又能制冷的高位能源。該應用原理是利用地下水溫度相對穩(wěn)定的特性，在輸入少量高位品電能的條件下，再利用預埋于建筑物周圍的地下水或者管路系統(tǒng)和建筑物內(nèi)部進行熱交換，將低品熱能轉為高品熱能，可以用來制冷或者制熱[1]。

1.1.2 淺層地熱熱水系統(tǒng)的優(yōu)勢

地熱能作為一種可再生能源受到人類的關注，在很多工程中都利用了地源熱泵的技術。但是地源熱泵在現(xiàn)實生活中大多應用于空調系統(tǒng)，在熱水系統(tǒng)方面應用較少，但是潛力巨大。對比傳統(tǒng)的供熱方式淺層地熱能有以下優(yōu)點：

（1）效率高能耗少。在傳統(tǒng)的供熱方式中，主要以煤氣、天然氣、燃油、電力、煤等為主要熱源，通常都是直接對水加熱，使得這些能源的熱水系統(tǒng)應用中，投入量高、使用效率小、產(chǎn)生熱量少。由于淺層地熱能溫度穩(wěn)定性高，利用地源熱泵通過轉換熱能的方式，使得地源熱泵的制熱效果好，熱效率高。對于環(huán)境的節(jié)能有著重大作用[2]。

（2）經(jīng)濟性高。在對一個熱水系統(tǒng)的經(jīng)濟性進行衡量的時候，可以考慮多方面的影響因素，淺層地熱能的供熱系統(tǒng)以集中供熱的方式體現(xiàn)了它的經(jīng)濟性，主要表現(xiàn)為：運行費用低、運行附加費用低、節(jié)省空間、節(jié)省投資費用。運行費用方面主要見表1，附加費用低是因為不需要別的燃料做熱源，從而不需要燃料保管費、運輸費等費用。第二，地源熱泵熱水系統(tǒng)檢測周期長，節(jié)省檢測費用。第三，地源熱泵自動化控制程度高，節(jié)省工資開支?？臻g方面不占用室內(nèi)面積，設備都鋪設在地下?？偼顿Y省，是因為地源熱泵使用壽命長，維修周期長[3]。

（3）環(huán)保性強。地源熱泵供熱系統(tǒng)一般只需要少量的電量和環(huán)境中的熱量，不用別的燃料，因此，地源熱泵工作過程中對環(huán)境幾乎沒有污染，環(huán)保性強。

1.1.3 地熱能的采集方式分析

（1）地埋管地源熱泵采集方式。該方式的熱量交換方式主要通過土壤耦合地熱交換器進行交換，將土壤耦合地熱交換器以水平或者U型的方式安放在地溝或者豎井中。將豎井和管溝里面的熱交換器以并聯(lián)的方式相連接，再通過集管和建筑內(nèi)的水環(huán)路連接。讓水循環(huán)流動，從而進行交換[4]。

（2）地表水地源熱泵采集方式。將土壤熱交換器換成地表水熱交換器，其連接基本相同，唯一不同的是管內(nèi)液體與管外的地表水熱交換是通過管壁進行的。地表水中也可以使用江河湖海的水[5]。

（3）地下水地源熱泵采集方式。該方式有兩種系統(tǒng)，一是開式系統(tǒng)，二是閉式系統(tǒng)。開式系統(tǒng)是直接將地下水資源與井水進行吸放熱之后進行回灌。閉式系統(tǒng)是利用板式換熱器與建筑內(nèi)的水進行熱交換采集熱量[6]。

1.1.4 地源熱泵供熱系統(tǒng)存在的問題和解決措施

（1）科研技術水平不高。淺層地熱能的開發(fā)需要多種知識，影響因素較多。我國在這方面的技術研發(fā)還有待提高。

（2）建筑外管網(wǎng)的施工技術不夠純熟。由于地源熱泵在建筑外的管網(wǎng)施工復雜，需要對現(xiàn)場水文和地質進行探測。就目前而言，我國這方面的專業(yè)人才太少，施工技術也不成熟。在這方面需要提高管網(wǎng)的施工技術，以便于日后的發(fā)展[7]。

（3）地源熱泵產(chǎn)品質量不高。我國的地源熱泵技術設備研發(fā)起步晚，技術水平較低，隨著我國近年來的發(fā)展，該方面的技術也逐漸得到發(fā)展，并且產(chǎn)品質量也得到提高。但在這方面的技術還是比不上先進的國家，因此還要加大科研力度。

（4）國家政策的扶持力量較弱，在制定該方面的技術規(guī)范和標準上的力度尚且不夠，使得這項技術發(fā)展緩慢，在該方面需要國家政策的支持，希望得到國家的重視。

1.2 太陽能的應用分析

1.2.1 太陽能優(yōu)勢概述

太陽能作為一種可再生的清潔資源，是現(xiàn)代最具有期待性的能源之一。地球的太陽能資源異常豐富，獲得的太陽能輻射量大，太陽能利用的條件較為充足。太陽能是可再生資源。在地球過去的歷史中，太陽能的消耗只有百分之二。而這個時間是十一億年，可想而知，太陽能資源的豐富。

（1）太陽能在地球上的覆蓋率高。地球上的任何一個地方都可以被太陽照射，不用運輸。

（2）太陽能無污染。太陽能在使用時不會對地球產(chǎn)生污染，沒有噪音，不影響生態(tài)平衡[8]。

1.2.2 太陽能供熱系統(tǒng)的供熱原理

以某浴室工程為實例。

從圖中不難看出太陽能熱水系統(tǒng)的工作原理。由于太陽能熱水系統(tǒng)中的廣泛應用，這方面的技術不再短缺，并且此圖是公共浴室系統(tǒng)原理圖，和高校公共浴室太陽能供熱系統(tǒng)工作原理除地形外，其他都一樣，這里不做細述。

1.2.3 太陽能熱水系統(tǒng)的組成

太陽能供熱系統(tǒng)一般分為三個部分：常溫水供回水部分、冷熱水混合部分和高溫熱水產(chǎn)出部分。

（1）常溫供回水。通過變頻供水泵，常溫水儲存在淋浴間環(huán)狀管道中通過回水管流入高溫水箱。

（2）冷熱水混合。分兩種情況，第一種使用常溫水箱，第二種壓力式自控性溫度穩(wěn)定的裝置混合冷熱水，其中最常用的是常溫水箱，但是這種方式占地面積大，經(jīng)費高。

（3）高溫熱水部分。加熱方式主要有三種，第一種太陽能集熱板加熱，這個需要值班人員。第二種通過壓縮機加熱，在天氣情況不良時使用。第三種，蒸汽換熱加熱法，由于該加熱系統(tǒng)地處北方，天氣寒冷，所以采用這種加熱方式。

2 太陽能和地熱能在高校公共浴室中的綜合應用分析

盡管我國對地熱能地源熱泵的應用時間較晚，但該能源的應用前景良好，并且地源熱泵已經(jīng)被列入了我國的新能源發(fā)展規(guī)劃中。就目前而言，我國已經(jīng)建成了很多個大型的地源熱泵供熱系統(tǒng)工程，包括北京萬國城MOMA。而且全國各地還有許多待建工程，建設領域包括企業(yè)事業(yè)單位、溫泉、游泳池等方面。這些工程的成功為我們提供了一定的技術經(jīng)驗，使得日后的該類工程建設更加順利。一般而言，該類工程大多采用的是土壤耦合熱泵系統(tǒng)，該系統(tǒng)的位置一般都處于建筑物基礎之下，而太陽能作為新式能源的應用歷史比地源熱泵的時間要長，在技術上比地源熱泵的施工更加成熟，并且太陽能供熱系統(tǒng)一般處于地表，和地源熱泵供熱系統(tǒng)的建設位置不交叉，在高校的公共浴室供熱系統(tǒng)建設中，可以將太陽能供熱系統(tǒng)和地源熱泵供熱系統(tǒng)相結合，綜合各自的優(yōu)勢去掉多余的部分，保留必須的部分，以便于在不同的情況下使用不同的供熱系統(tǒng)，確保高校浴室持續(xù)性供應熱水。

2.1 將土壤耦合加熱器與太陽能加熱器分開

在該項目的方案整合中，可以去掉多余的部分，保留必須的部分。一般來說現(xiàn)在建設的地源熱泵供熱系統(tǒng)一般使用的加熱器是土壤耦合加熱器，該加熱系統(tǒng)一般位置處于建筑物地下。然而太陽能加熱系統(tǒng)的加熱器在建設中一般使用的是太陽能集熱板加熱，該裝置一般置于建筑物基礎之上，與地源熱泵的土壤耦合加熱器所處的位置并不沖突，在建設中可以使用該方法。

2.2 管道系統(tǒng)的共用

將地源熱泵供熱系統(tǒng)與太陽能供熱系統(tǒng)結合的想法固然是好，但是由于同時使用了兩種加熱系統(tǒng)，將會增加了經(jīng)濟成本，增加了設施面積和施工時間，在施工質量方面尚且沒有保證。為了經(jīng)濟成本的浪費和供熱系統(tǒng)的占地面積和時間的浪費，可以試著在實際施工中根據(jù)實際情況和兩種供熱系統(tǒng)的供熱原理，適當?shù)陌涯承┕艿澜ㄔO為共用管道，以減少施工成本和施工面積，綜合減少該項目的建設成本

2.3 可能出現(xiàn)的問題及解決措施

在這兩種供熱系統(tǒng)的結合使用上，可能會出現(xiàn)一些問題，比如高校政策不支持和項目的施工技術沒有達到相應的水平。針對這兩方面，主要是提高施工技術的水平，在施工之前找專業(yè)人員事先做好項目設計，再根據(jù)設計估算該設想是否可行，如果可行，高校自然支持，如果不行，那就得努力提高設計和施工技術的水平，以取得高校的支持。

3 結語

結合以上所述，將地源熱泵和太陽能供熱系統(tǒng)結合使用的方法理論上是可行的，但是缺乏實例的支持，因此該項目是否得到實施將會對今后該方面技術的使用和發(fā)展起到重要作用。

參考文獻：

[1]王永真，羅向龍，陳穎，胡嘉灝，龔宇烈.地熱水雙擊吸收式制冷系統(tǒng)的火用經(jīng)濟分析[J].廣東工業(yè)大學學報，2015.

[2]李瑞霞，王培浩.深淺結合地熱能開發(fā)利用工程實例[J].建筑科學，2013.

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[8]史敏，王磊，賈磊，鐘瑜.復合供能系統(tǒng)在公共浴室升級改造中應用[J].流體機械，2010.