太陽能—空氣源熱泵在北方農村地區供暖改革中應用綜述

張志慧 王萌

摘要：我國北方農村地區冬季采暖主要以燃燒散煤為主，直接燃燒煤炭不僅利用率低而且會更加污染環境。本文針對農村地區能源利用改革提出合理的整改策略，設計出一套利用太陽能—空氣源熱泵系統，用于冬季采暖，夏季生活供熱水，以太陽能利用為主，空氣源熱泵為輔，綜合考慮運行效果 整改成本，運行成本等，取代散煤燃燒傳統模式，推進新農村改革建設。

引言：北方地區散煤治理是中國能源結構改革的重大難題，抓好北方農村地區采暖能源的清潔高效利用和散煤的減量替代，是治理散煤的重中之重。《2020年中國散煤綜合治理研究報告》指出散煤治理主要依托于北方清潔取暖的推進，"十三五"期間，北方清潔取暖初步開始試點，考慮到采暖改革成本以及農民的經濟承受能力，此系統主要針對農村建筑采暖系統進行整改，保持原有的末端采暖裝置以及管道系統，減少成本投入。太陽能作為最理想的熱源，而且太陽能熱水利用技術已經較為完善，空氣源熱泵具有安裝方便，適用于舊建筑整改等，近些年也廣泛推廣，次設備在夜間工作時需要消耗相對轉化率較高的電能。[1]

一 太陽能—空氣源熱泵供暖系統介紹及工作原理

系統如圖1所示，采取并聯式太陽能—空氣源熱泵連接方式，冬季在白天太陽光照強時，太陽能集熱系統獨立工作，運行滿足室內供暖熱負荷，在夜間或者陰雨天時，啟動空氣源熱泵為蓄熱水箱作為輔助提供熱量，兩者互補性較強，保證運行穩定性。在夏季主要使用太陽能集熱系統提供生活用水，基本無電能消耗。控制系統由溫度傳感器和控制器等部件組成。

二 太陽能—空氣源熱泵系統設計計算

2.1 確定設計參數

假定該系統所滿足120平方米的單層民用建筑供暖，以山東省為例，根據《居住建筑節能設計標準》冬季設計溫度為18℃，根據《民用建筑供暖通風與空氣調節設計規范》要求以及當地太陽能輻射強度和空氣源熱泵設備等，確定散熱器供水溫度為55℃回水溫度為45℃。

2.2 建筑物采暖負荷確定

根據《嚴寒和寒冷地區居住建筑節能設計標準》要求，以及綜合圍護結構保溫措施，建筑面積等因素，取耗熱量指標為30W/m2，因此可確定采暖負荷為3600W。

2.3 太陽能集熱器選型及面積確定

相比于真空管太陽能集熱器，平板太陽能集熱器具有安裝相對方便，寒冷地區防凍，可承壓且使用可靠，使用壽命更長，適用溫度合適等特點，更加適用于農村地區，更加符合農民心理，因此選用平板型太陽能集熱器。根據《太陽能供熱采暖工程技術規范》確定集熱器面積，得出平板型太陽能集熱器面積約為22m2。

2.4 蓄熱水箱體積的確定

根據《太陽能供熱采暖工程技術規范》確定蓄熱水箱面積，綜合考慮供回水溫度，集熱器面積，以及保溫性能等，確定每平方米集熱器面積對應100L蓄熱水箱容積，因此確定水箱容積為1000L。

2.5 空氣源熱泵制熱量確定

空氣源熱泵充分保證在陰雨天太陽能不足以及夜間供暖的連續性與穩定性。空氣源熱泵的制熱量，算可得制熱量約為6.4kw。

三 系統經濟性分析

該系統保留了農村建筑中原有的采暖設備，減少了資源浪費，節約成本。根據市場價格以及上述分析，該套系統初投資約在1.8萬元[2]，假定使用壽命為20年，具有較高的經濟性，根據國家近些年來對再生能源利用政策，該系統的利用也會得到政府的經濟補貼，因此該系統在北方的推廣具有很大的潛力。

四 結論

根據我國北方農村地區目前能源應用的現狀，提出一種能夠適合舊建筑改革的系統，既能充分利用當地太陽能與空氣能，減少碳排放和污染氣體排放，又能政府的補貼下降低農民的生活壓力，改善居民冬季環境，還能全年供應生活用熱水，提高生活水平，助力于解決多年來在國家節能減排道路上的毒瘤。該系統為農村住宅供暖提供了一個新穎有效的思路且對以后系統的完善具有一定的借鑒意義。

參考文獻：

[1]顏浩.空氣源熱泵在建筑節能中大有作為[J].建筑節能， 2008， 36 （11） ：54-60.

[2]孫朝陽.豫西農村地區太陽能—空氣源熱泵地板供暖系統的設計與能耗分析[J].三門峽職業技術學院學報，2018，17（02）：139-143.

山東農業大學 山東 泰安 271018