地源热泵系统与太阳能系统的综合应用效果分析

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1、地源热泵系统与太阳能系统的综合应用效果分析　　摘要：文以北方寒冷地区工程为例，通过总结设计施工经验，分析运行数据，旨在阐明公共建筑项目中，地源热泵系统配合辅助系统，可获得更加理想的节能效果。据此，提出配置太阳能系统的复合式地源热泵系统，实现空调、采暖、热水需求，有效提高系统的项目适用性及合理性。　　关键词：地源热泵太阳能复合式高效节能　　中图分类号：TU995文献标识码：A文章编号：1674-098X09-0072-03　　随着国家大力推动及相关节能环保政策出台，寻找替代“高消耗、高投入、高污染”传统落后用能的新型节能方案，已成为共识。　　此项目作为首个国家级救援基地项目，定

2、位于：“运行经济可靠，设计低碳环保，体现技术先进”的建设目标，前期考证多种能源系统形式，以空气为热源，冬季低温环境机组会出现频繁融霜与运行不利。使用锅炉采暖不符合环保要求。同时建设地周边无可用地表水及处理污水，且城区内打井审批困难。在综合分析可行性后，提出采用地源热泵+太阳能的系统形式。　　利用地源热泵技术冬季吸收土壤及岩层蕴含的热量，营造温暖的室内环境。夏季将室内热量排入土壤中，实现室内温度的降低。太阳能热水系统，在晴好天气时，可满足全部热水需求。当其无法运行，热水机组自土壤取热提温后供生活热水。太阳能系统运行中可实现污染零排放。　　通过以上系统建设，可满足救援基地项目夏季

3、空调、冬季采暖及全年生活热水需求，经运行测算是一种较为经济的系统形式。　　项目建设地河北省唐山市，占地面积122m2，建筑面积59872m2。地埋管可用地面积为32142m2，包括体育场跑道、草坪、路面等区域。现有培训楼、办公楼、训练馆等为平顶建筑，可布置太阳能集热模块，且周围建筑无遮挡，存采光及场地条件好。项目为新建，建筑功能涉及办公楼、培训楼、地下演练场、体育馆及宿舍楼等。末端设备为风机盘管，有空调、采暖、日常生活热水等需求。　　负荷计算　　夏季空调室内计算参数为温度24℃～26℃，湿度40%～50%。冬季采暖计算参数为温度18℃～23℃，湿度30%～40%。计算得冷负荷

4、为5kW，热负荷为4365kW。　　生活热水主要满足培训楼接待及厨房使用，根据《建筑给水排水设计规范》GB50015-XX，按照不同功能选择用水定额，且培训楼与厨房用水时段独立无叠加。计算得培训楼小时热水量qrh=9760L，厨房qrh=L，所需日热水量为Qd=t，最大小时热负荷为1kW。　　系统形式　　选用系统型式：离心式热泵机组+螺杆热水机组+太阳能集热板+储热水箱。　　夏季离心式机组为空调供冷，冬季离心式机组为采暖供热，当负荷低于单机容量30%，从经济性考虑启动螺杆式热泵机组采暖。　　生活热水全年优先采用太阳能系统满足，夏季离心机组热回收作为补充，当受环境影响太阳能无法

5、运行时，启动热泵机组供应热水。　　空调机组，2台离心式热泵机组，单台制热量3106kW，制冷量2kW，用于夏季供冷冬季供暖，夏季可部分热回收生产生活热水。　　热水机组，2台螺杆式热泵机组单台制热量为927kW，可制热水，冬季也可作为供热调峰机组使用。　　地埋管换热器，地埋管换器以岩土热物性试验数据为设计依据，勘测结果如下。　　说明：表1中的参数是根据冬季工况推算获得，所选机组夏季标准工况为冷却水，出水温度35℃，测试过程按照国家规定执行。　　由地勘实验可知，地质层超过100m为大块鹅卵石，从工期及成本分析，打井深度定为100m。综合冬夏热量平衡，计算得成孔数量为1090口。采

6、用垂直埋管方式。为采用三角形排布，井间距4m。　　太阳能系统　　唐山地区太阳能全年辐射总量可达5768MJ/，日照2600～2900h。据现场条件，建筑顶部可布置太阳能集热器约1200m2，理论运行天数为223d，计算日产热水量为116t，满足日热水用量。选用192组SLL-1500/50联集管式太阳集热器模块，并配置专业PLC智能控制装置。地源热泵系统和太阳能系统的原理如图1、图2所示。　　问题及解决措施　　项目难点主要存在于系统设计和施工管理两方面，负荷功能多变、控制距离远、工期紧张成为突出矛盾，为此提出相应措施如下。　　系统形式灵活，实现多功能备用　　核心机组及输配水泵

7、均为同型，变频运行一一对应。离心式机组与太阳能系统均可产生热水，热水机组供暖调峰，并备用。　　PLC控制实现远程切换，保证太阳能优先运行　　PLC控制系统由太阳能系统和机房群控两部分组成。　　太阳能系统控制包括：设备手动/自动切换功能；定温出水功能；温差循环功能；自动上水功能；漏电保护、防干烧、故障报警等。　　机房控制包括换季阀门切换、设备联动、系统间运行切换。通过检测太阳能循环水泵在设定时段的运行情况，确定热泵机组是否启动。　　离心机组热回收合理运行　　离心式机组采用三级变频高效压缩机，较高负荷运行时