簡析太陽能地源熱泵系統應用

李海濱 梅國永　金振家

摘 要：我們都知道太陽向地球輻射的能量十分巨大，人類對于太陽能的利用潛力十分巨大，而每年地球僅僅用了太陽能不到1%的部分，因此將太陽能運用于輔助熱源熱泵系統的設計之中，具有十分重要的價值和意義。不僅僅可以減少能源的使用，而且還可以降低能源在利用過程中對環境的破壞。

關鍵詞：太陽能；地源熱泵系統

1 太陽能熱泵概述

對于太陽能而言，太陽向地球輻射的能量十分巨大，太陽能地源熱泵，包括地源熱泵系統、太陽能電熱聯產組件、太陽能功率驅動器；太陽能功率驅動器主要由超級電容器、充放電控制及檢測控制電路組成，其中超級電容器和充放電控制電路構成蓄電電路，該蓄電電路的充電端與太陽能電池組件的電池連接，輸出端作為電源為地源熱泵系統供電。一年四季太陽能所發電經由功率驅動器收集供地源熱泵用，這樣更能有效降低建筑能耗。

2 我國太陽能熱泵的發展存在著一些問題

2.1 投資經濟性

能源結構和燃料價格直接影響太陽能熱泵的經濟性，例如，我國西部地區以煤炭為主的能源結構以及較低的燃料價格必將影響太陽能熱泵的市場競爭力。同時，太陽能熱泵系統初投資偏高也是影響其經濟性的重要因素之一。

2.2 性能可升性

各種類型的太陽能熱泵性能有待提高，要使部件之間的匹配關系達到投資運行最佳效益，就要將系統設計與建筑設計結合起來，既要考慮系統性能又要考慮建筑美觀，要實行智能化控制，這需要各個專業、各個領域的人共同努力、相互配合。

3 太陽能輔助地源熱泵系統及其特點

3.1 地源熱泵系統

地源熱泵系統是一種利用地表淺層地熱資源作為冷熱源，實現對建筑物的供暖或供冷的高效節能的空調系統。

地表淺層是一個巨大的太陽能集熱器，蘊藏著無限的可再生能源，地源熱泵通過輸入少量的高品位能源（如電能），通過熱泵實現低溫位到高溫位的能量轉移。在冬季利用熱泵吸收其熱量向建筑供暖，在夏季熱泵將吸收到的熱量向其排放，實現對建筑物的供冷。其工作原理大都是通過外部管道及閥門的切換來實現冬夏工況的轉換，夏季空調供、回水走蒸發器，水源水走冷凝器，冬季空調供回水走冷凝器，水源水走蒸發器。

3.2 地源熱泵系統特點

3.2.1 節能

地源熱泵系統利用地表淺層地能進行供熱、制冷，與使用煤、氣、油等常規能源供熱制冷方式相比，地源熱泵系統供熱時省去了燃煤、燃氣、然油等鍋爐房系統，節約了煤、氣、油等這些常規的不可再生能源；供冷時省去了冷卻水塔，避免了冷卻塔的水耗。

3.2.2 環保

利用地源熱泵系統供熱、制冷無燃燒過程，避免了排煙、排污等污染，不產生廢渣、廢水、廢氣和煙塵。

3.2.3 運行效能高、費用低

夏季高溫差的散熱和冬季低溫差的取熱，使得地源熱泵系統換熱效率很高。因此，產生同樣熱量或冷量，其只需小功率的壓縮機就可實現，大大減少了電能消耗。其耗能僅為普通中央空調和鍋爐系統的50%～60%。

4 太陽能輔助熱源熱泵系統的可行性、必要性極其設計

4.1 太陽能作為輔助熱源的可行性

我國每年接受的太陽能輻射量如果核算成煤的話差不多需要24000億噸的煤，此外，我國整體太陽能分布比較平均。量足且均勻的特點就在大方向上確保了太陽能作為輔助熱源的可行性。不過，我國在太陽能利用中也存在著缺點：能流密度低以及易受到各種因素的影響。

4.2 太陽能作為輔助熱源的必要性

舉例來說：在我國的北方，由于冬季熱負荷很大，如果系統以熱負荷為目的的話，這個時候完全使用地源熱泵供暖就會導致成本非常高，而產生的效率卻比較低下，長期運行這種系統的話還會導致大地溫度的下降。除了以上問題以外，由于這種系統COP值較低，所以會有很多設計的要求無法實現。

4.2.1 并聯式系統

并聯式系統是把太陽能供熱系統和地源熱泵系統交替進行供熱，在太陽能集熱器收集的熱量過多的時候可以把這些多余的熱量轉移到地下進行儲存，通過這一方式提高了地熱恢復的速度。另一方面，在陰天或者夜間等太陽能不能夠滿足供暖需求的時候可以使用地熱進行供熱。

一般來說這種系統使用主要是在地下水溫度不低于15℃的地方，地熱主要起到供熱作用，而太陽能起輔助作用。在地熱的存儲中，我們的原則是夏熱冬用、冬冷夏用。

4.2.2 串聯式系統

串聯式系統中，太陽能集熱器所收集的熱量不像并聯式系統一樣存儲于地下，而是將其存儲于蓄熱的水箱中，然后水箱中的熱水經過換熱的方法提升進到蒸發器入口介質的溫度，最終保證系統的COP值。在這種系統中，冬天由于太陽能較弱，我們可以使用集熱器所串接的蒸發器作為輔助熱源。

4.2.3 混聯式系統

在這種系統中，太陽能集熱器與地源熱泵連接方式有很多種，舉例來說：地源熱泵可以有兩個蒸發器，一個可以用于連接太陽能集熱器，而另一個把空氣源作為熱源，這種方式可以有效地提升整個系統的COP值。在蓄水箱溫度不低于25℃的時候，可以不間斷地為建筑供暖，進而保證了電能的節約。

5 結束語

綜上所述，世界各國的能源的量都是有限的，我國也是同樣如此。資源對國家的經濟發展具有重大的影響作用，是國家經濟發展的核心支柱和能量。太陽能作為當今社會的新能源，在科學技術的不斷發展的今天，太陽能對地源熱泵系統的運行具有重要的影響，我們在今后的能源發展過程中，應該在把握科學發展觀的同時，注重科學創新。

參考文獻

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[2]李德松，王強.太陽能—空氣雙熱源熱泵熱水系統的應用[A].2009年山東省制冷空調學術年會“煙臺冰輪杯”[C].2009：72.