◎?qū)O朝陽

（三門峽職業(yè)技術(shù)學院 建筑節(jié)能研究所，河南 三門峽 472000）

隨著“煤改電”工程的實施，國家也開始積極推進農(nóng)村的散煤治理工作，隨之帶來的農(nóng)村地區(qū)的供暖問題已成為關(guān)注的焦點。加大太陽能、空氣能等可再生能源利用，取代傳統(tǒng)采暖方式，已成為解決該問題的有效手段。太陽能作為所有可再生資源中最豐富的一種，清潔、綠色、無污染，是中低溫能源利用的最理想熱源，而且太陽能光熱利用技術(shù)日漸成熟，已廣泛應(yīng)用于農(nóng)村地區(qū)的熱水系統(tǒng)。空氣源熱泵作為近年來大力推廣的成熟技術(shù)，它主要是通過系統(tǒng)中壓縮機的作用將自然界中的低溫熱源轉(zhuǎn)化為高溫熱源，在工作過程中消耗一定的電能，相對而言轉(zhuǎn)化效率較高[1]。國內(nèi)部分學者對采用太陽能―空氣源熱泵這種新型的復(fù)合供暖技術(shù)進行了廣泛研究。曾玲等[2]利用模擬仿真軟件針對鄭州地區(qū)采用上述復(fù)合供暖技術(shù)進行了設(shè)計和相關(guān)計算。黃紫祺等[3]通過搭建實驗平臺研究了上述復(fù)合系統(tǒng)運行存在的問題并提出改進措施。王琛等[4]通過建立相關(guān)熱力學模型對上述復(fù)合系統(tǒng)進行經(jīng)濟效益分析和技術(shù)改進。申振宇等[5]使用國際先進的模擬軟件對上述系統(tǒng)進行了運行分析，探討西安地區(qū)該復(fù)合供暖技術(shù)應(yīng)用的可行性。楊子旭等[6]研究了以地板供暖為末端的空氣源熱泵產(chǎn)品標準制定。筆者針對豫西三門峽農(nóng)村地區(qū)設(shè)計了符合區(qū)域特點的太陽能―空氣源復(fù)合供暖系統(tǒng)，以太陽能利用為主，空氣源為輔，實現(xiàn)可再生能源互補利用，具有節(jié)能環(huán)保和熱舒適性的特點。

1 太陽能―空氣源熱泵地板供暖系統(tǒng)工作原理

系統(tǒng)如圖1所示，主要由太陽能熱利用系統(tǒng)、空氣源熱泵系統(tǒng)、熱水地板輻射系統(tǒng)和控制系統(tǒng)組成。該套系統(tǒng)可根據(jù)天氣和日照情況，通過控制系統(tǒng)實現(xiàn)三種模式的運轉(zhuǎn)。如果日照充沛足以提供室內(nèi)所需的熱水，太陽能熱水系統(tǒng)可實現(xiàn)獨立運行；如果日照不充沛，僅能滿足部分時段供暖需求，控制系統(tǒng)會啟動空氣源熱泵來輔助加熱，這時會呈現(xiàn)聯(lián)合供暖模式；只有當陰雨、雪天時，空氣源熱泵才會獨立運行提供室內(nèi)供暖所需熱水。但不論何種模式運行，都能滿足用戶的基本需求。

圖1 太陽能-空氣源熱泵地板供暖系統(tǒng)

2 太陽能―空氣源熱泵地板供暖系統(tǒng)的設(shè)計計算

2.1 設(shè)計參數(shù)的確定

冬季室內(nèi)溫度的設(shè)定以及供、回水溫度的確定與建筑物所處區(qū)域及該區(qū)域太陽能資源、末端散熱方式有著密切聯(lián)系。假定太陽能-空氣源熱泵地板供暖系統(tǒng)要滿足100m2的單層民用建筑供暖需求，綜合以上因素和三門峽農(nóng)村民居特點，參照《河南省居住建筑節(jié)能設(shè)計標準》，我們設(shè)定冬季室內(nèi)設(shè)計溫度為18℃。按照《地面輻射供暖技術(shù)規(guī)程》要求，設(shè)定地板輻射系統(tǒng)的供水溫度為45℃，回水溫度為35℃。

2.2 建筑物采暖負荷確定

采暖負荷與建筑物的圍護結(jié)構(gòu)密切相關(guān)，從節(jié)能角度分析，圍護結(jié)構(gòu)的各項保溫措施應(yīng)符合國家節(jié)能設(shè)計標準。按照河南省《民用建筑節(jié)能設(shè)計標準》，對于100m2單層民用住宅，在充分考慮各種因素的基礎(chǔ)上，我們?nèi)『臒崃恐笜藶?0W/m2,根據(jù)上述建筑面積，計算可知該項目的采暖熱負荷為2000W。

2.3 太陽能集熱器面積的確定

為便于控制，減少熱量的損失，本系統(tǒng)中的太陽能集熱器采用直接系統(tǒng)的形式。參照《太陽能供熱采暖工程技術(shù)規(guī)范》，集熱器面積計算如下：

式中：Ac為集熱器面積，m2；

Q為總負荷，W；取2000；

T為單一依靠太陽能采暖時間，s；這里取86400；

f為太陽能保證率，取0.4；

JT為當?shù)丶療崞鞑晒饷嫔系哪昶骄仗栞椪樟?，kJ/（m2·D）；

ηcd為集熱器集熱效率，依據(jù)平板集熱器參數(shù)取0.9；

式中：QK為空氣源熱泵的制熱量，KW；

c為水的比熱容，4.2×103kJ/(kg·K）；

m為日用水量，1000kg；

提高實習生病歷書寫水平，科教科組織成立了實習生病歷書寫培訓小組，按照1∶10比例，即一名教師帶教10名同學，每月對學生進行病歷書寫的培訓，同時，針對培訓教師和實習同學提出的關(guān)于病歷培訓方面存在的問題，邀請病案室負責人進行答疑，針對存在的問題進行專項整改與訓練，提高了培訓效果。出院（“1+1”）考試：對將畢業(yè)的新疆醫(yī)科大學實習生進行出院理論知識、大病歷及各項技能操作的考試。

tend為出水溫度，設(shè)為45℃；

t0為自來水進水溫度，設(shè)為5℃；

k為安全系數(shù)，取1.1；

t為空氣源熱泵平均每天運行時間，取8h。

通過計算可知，Qk=7.2KW。

根據(jù)以上設(shè)計計算，考慮農(nóng)戶對初投資的接受能力，選用某公司HLRfd8WAPd/NaA型號的熱泵機組，制熱量為8.5KW，制熱消耗功率為2.75KW，制熱COP可達4.4，適應(yīng)溫度為-25～28℃，出水溫度30～55℃，外形尺寸 1100×390×1200mm。

ηL為整個系統(tǒng)的熱損失率，取0.2。

依據(jù)上面計算公式得到該系統(tǒng)集熱器面積為8.58m2。

2.4 蓄熱水箱體積的確定

2.5 空氣源熱泵的選型

太陽能集熱系統(tǒng)受天氣因素的影響非常大，在冬季不利氣候條件下難以保證室內(nèi)的供暖效果，因此為了保證室內(nèi)溫度能夠滿足設(shè)計需求，增加空氣源熱泵作為輔助熱源和太陽能系統(tǒng)聯(lián)合提供設(shè)計所需的熱水?？諝庠礋岜弥茻崃康挠嬎愎饺缦拢?/p>

3 太陽能―空氣源熱泵地板供暖系統(tǒng)的節(jié)能性分析

3.1 系統(tǒng)模型的建立

上文的設(shè)計計算已為太陽能-空氣源熱泵地板供暖系統(tǒng)的模擬提供了理論基礎(chǔ)，比較現(xiàn)有的模擬軟件，從先進性考慮最終采用Polysun軟件來進行系統(tǒng)模擬。針對該項目，我們僅對太陽能光熱、熱泵兩個模塊進行動態(tài)計算。調(diào)取軟件系統(tǒng)內(nèi)三門峽地區(qū)相關(guān)的氣象數(shù)據(jù)，進行模擬計算，并將計算結(jié)果進行分析處理。

3.2 系統(tǒng)能量需求分析

本項目系統(tǒng)全年能量需求概況如表1所示，系統(tǒng)總能量消耗為8762.5KW·h，系統(tǒng)消耗的全部電量為2485.6KW·h，由此可知該項目中太陽能-空氣源熱泵地板供暖系統(tǒng)全年的性能系數(shù)（系統(tǒng)總能量消耗與耗電量之比）為3.53，能滿足供熱需求，設(shè)計能達到要求。

3.3 系統(tǒng)能量分布分析

表1 系統(tǒng)概況（年總量）

圖2為空氣源熱泵年耗電量分布概況，圖3為系統(tǒng)集熱器年供給能量分布概況。由以下圖可知：每年的11月15日至第二年3月15日為供暖季，但受太陽能輻射量不足，雨雪天氣影響，集熱器無法獲得供暖所需的能量，空氣源熱泵需經(jīng)常性開啟，耗電量較大。其余時間為非供暖季，地板輻射系統(tǒng)不需要供熱，本系統(tǒng)僅需提供生活熱水，且由于太陽輻射充足，大多數(shù)時間集熱器獲得能量就可滿足需求，僅出現(xiàn)陰雨天氣時，空氣源熱泵系統(tǒng)才啟動，因此非供暖季熱泵耗電量不大。

圖2 空氣源熱泵年耗電量分布概況

圖3 集熱器年獲得能量分布圖

3.4 系統(tǒng)的節(jié)能性評價

本系統(tǒng)中太陽能正常工作時不耗用電能，只有當空氣源熱泵啟動時才會消耗一部分電能，但少量電能的消耗卻能轉(zhuǎn)換更多的熱能。通過Polysun軟件可以模擬計算太陽能和熱泵節(jié)能量以及減少二氧化碳排放量的總和，結(jié)果如表2所示。

通過對上述仿真結(jié)果進行分析可知，使用上述系統(tǒng)對三門峽農(nóng)村地區(qū)民用建筑進行供暖，可有效減少二氧化碳排放。由上表計算得出系統(tǒng)總節(jié)電量為8391.9KW·h，如果電價按0.56元/度，則可節(jié)省費用4699元。

3.5 系統(tǒng)的經(jīng)濟性分析

本項目中太陽能-空氣源熱泵的建設(shè)成本如表3所示，整套系統(tǒng)成本為20780元，使用壽命假定為20年，系統(tǒng)維護保養(yǎng)的費用約占成本的1%，則在限定的使用期內(nèi)整套系統(tǒng)的節(jié)能費用為：

SAV=20×（4699-20780×1%）―20780=69044（元）

表2 系統(tǒng)節(jié)能概況

表3 太陽能-空氣源熱泵地板供暖系統(tǒng)建設(shè)成本

4 結(jié)論

（1）筆者以滿足豫西農(nóng)村建筑供暖需求為出發(fā)點，以三門峽為例，設(shè)計了一套太陽能―空氣源熱泵地板供暖系統(tǒng)，基于該地區(qū)的設(shè)計參數(shù)確定了建筑物采暖負荷、太陽能集熱器面積、空氣源熱泵的選型、蓄熱水箱的體積等，為該系統(tǒng)的推廣應(yīng)用提供了理論依據(jù)。

（2）通過Polysun軟件進行模擬計算，在假定的20年使用期內(nèi)，整套系統(tǒng)的節(jié)能費用為69044元，表明系統(tǒng)的節(jié)能性符合相關(guān)要求，但從投資角度來分析，要從政府補助、系統(tǒng)優(yōu)化等多方面入手解決初投資費用較高的問題。

（3）利用太陽能-空氣源熱泵地板供暖系統(tǒng)來解決農(nóng)村地區(qū)的供暖問題，不僅效果好，而且還能有效解決環(huán)境污染、能源短缺等問題，具有很好的發(fā)展和推廣前景。