太阳能地源热泵供暖制冷供应生活系统的可行性分析

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1、住宅应用太阳能地源热泵系统的可行性分析北京正阳诚信太阳能节能设备有限公司目录一、住宅建筑的能耗3二、住宅建筑常用冷热源方式3三、冷、热源系统设计选型的原则4四、太阳能在住宅建筑中的应用4五、地源热泵技术在建筑中的应用6六、太阳能及热泵采暖系统在建筑中应用的优势和不足7七、太阳能与地源热泵结合技术经济优势10系统设计思路10系统技术说明10强制地热回灌功能10四季供应生活热水11太阳能热泵系统结合类型12八、经济性分析14九、结论15随着经济的发展和人民生活水平的不断提高，我国正面临着越来越大的能源 压力，特别是用于采暖、空调建筑能耗的增加，已成为我国不少城市缺电的诱因。 地球上的化石燃料煤、石

2、油、天然气等将逐渐开采枯竭，开发包括太阳能、 风能在内的可再生能源利用的任务已十分迫切。所以，在提高太阳能热利用应用 技术水平的同时，应积极创造条件，将现有成熟技术在实际工程中推广应用，以 积累经验，通过实践进行技术的改善、提高，起到样板和示范作用。现就太阳能 与热泵结合供暖制冷在住宅中应用的可行性分析如下。一、住宅建筑的能耗在住宅建筑中主要的能耗为建筑供暖能耗，同时随着人民生活水平的提高， 空调产品已成为各种建筑物不可或缺的系统和设备，尤其对一个现代建筑物来 说，空调设备性能的优劣是直接影响建筑物使用经济效益的重要因素。空调系统 不仅占有较大的投资份额，同时也是建筑耗能大户。有关统计资料表明

3、，其住宅 建筑采暖制冷能耗约占总能耗的 50%60%。可见，建筑冷、热源系统的设计和冷、 热源设备的选型直接关系到社会能源合理利用和人们生活环境质量改善的大问 题。二、住宅建筑常用冷热源方式住宅建筑中常用的供暖热源方式有：1、热电联产集中供热2、小区区域集中供热中小型区域锅炉房集中供热 其区域锅炉房可以是燃煤、燃气、燃油或电锅 炉方式，但都需要通过区域管网经过热水循环向建筑物内供热。电动水源热泵：这种方式实际上是在夏天将建筑物中产生的热量存入地下， 供冬季采暖使用。冬季将建筑物产生的冷量存于地下，供夏天空调用。华北地区 民用建筑冬夏冷热负荷大致相当，因此采用此方式可保持地下的热平衡。由于地 下

4、水抽出后经过换热器后又回灌至地下，属全封闭方式，因此不使用任何水资源 也不会污染地下水源。这一方式在西欧各国广泛使用，属环保方式。这种方式与 小区燃煤锅炉房各户房间空调器投资相同，但全部为电驱动，小区无污染。夏 季空调热量全部排入地下，小区无热污染，一次能源效率还高于直接燃煤。3、小区分户供暖（家用型燃气锅炉）住宅建筑中常用的空调冷源方式：普通住宅一般选用房间式空调器； 高档公寓采用中央空调集中供冷，若采用热泵形式可同时具备供暖和制冷功 能。三、冷、热源系统设计选型的原则空调冷、热源系统的设计需遵循一个统一、两个选择和三个原则。所谓一个 统一，是指能源的终端用户利益与社会和国家利益之间的协调统

5、一；所谓两个选 择是指能源形式的选择和能源利用方式（即设备类型）的选择；所谓三个原则， 是指合理利用能源资源的原则、减少对环境影响的原则和技术经济合理可行的原 则。进行方案设计，首先应考虑空调工程的使用性质和具体使用要求，然后因地 制宜，全面分析，按初投资、年运行费、能源供应、环境影响等因素，进行综合 评价，选择能源结构合理、能源利用率高、对环境影响最小的设计方案。 方案比较是一项影响因素多、专业技术性强且复杂的工作。方案设计中必须综合 考虑和运用诸多方面的技术知识，主要包括：国家的能源资源状况，国家的能源 政策、法规和能源建设方针；相关设计标准、规范；提高能源利用率、节约能源 的技术措施；各

6、种冷、热源形式，各种能源转换设备的种类、工作原理、性能特 点及其适用场合；冷、热源设计方案比较中采用的评价准则和指标；能源利用及 冷热源设备的运行与环境的关系、保护环境的设计措施；冷、热源系统设计和冷、 热源设备开发的新思路、新成果等。因此，冷、热源系统的设计是一个多目标决 策的过程。四、太阳能在住宅建筑中的应用据记载，人类利用太阳能已有 3000多年的历史。将太阳能作为一种能源和 动力加以利用，只有 300 多年的历史。真正将太阳能作为“近期急需的补充能 源”，“未来能源结构的基础”，则是近来的事。20 世纪 70 年代以来，太阳能 科技突飞猛进，太阳能利用日新月异。由于大量燃烧矿物能源，造

7、成了全球性的环境污染和生态破坏，对人类的生 存和发展构成威胁。在这样背景下，1992 年联合国在巴西召开“世界环境与发 展大会”，会议通过了里约热内卢环境与发展宣言， 21 世纪议程和联 合国气候变化框架公约等一系列重要文件，把环境与发展纳入统一的框架，确 立了 可持续发展的模式。这次会议之后，世界各国加强了清洁能源技术的开发， 将利用太阳能与环境保护结合在 一起，使太阳能利用工作走出低谷，逐渐得到 加强。世界环发大会之后，我国政府对环境与发展十分重视，提出 10 条对策和 措施，明确要“因地制宜地开发和推广太阳能、风能、地热能、潮汐能、生物质 能等清洁能源”，制定了中国21世纪议程，进一步明

8、确 了太阳能重点发展 项目。1995 年国家计委、国家科委和国家经贸委制定了新能源和可再生能源 发展纲要 (1996- 2010)，明确提出我国在 1996-2010 年新能源和可再生能 源的发展目标、任务以及相应的对策和措施 。这些文件的制定和实施，对进一 步推动我国太阳能事业发挥了重要作用。目前太阳能热利用领域中太阳能热水器的技术发展取得了长足进步，其低廉 的价格和使用的便捷以深的广大老百姓喜爱，与电热水器和燃气热水器形成三足 鼎立的局面。随着太阳能高效集热器的研制及系统技术的进步，广大科研院所和 企业对太阳能在建筑供暖中的研究、示范取得了一定的突破，为进一步在建筑中 推广太阳能采暖奠定了

9、基础。太阳能采暖系统的概念 太阳能采暖/热水系统是以太阳能源为系统集热热源，同时辅以常规能源系 统，采用低温地板辐射方式向建筑物提供冬季采暖并同时提供建筑物全年其他生 活用热的一种新型节能供热方式；太阳能采暖系统的系统组成 太阳能供暖系统由太阳能集热系统、辅助能源保障系统、低温热水地板辐射 采暖系统及生活热水供应系统几部分组成。太阳能采暖系统的工作原理 太阳能采暖热水系统装置是一种典型的集中能源供应系统。它可以满足供暖 期的采暖及全年的生活热水供应。在安装完这一装置后，在非采暖季节，可向用 户提供充足的生活热水。在采暖季，通过辅助能源的补充，即可达到比较满意的 供暖需求，节约了大量的供暖用能，

10、节约了供暖及热水的制备成本。五、地源热泵技术在建筑中的应用地源热泵工作原理地源热泵是一种利用地下浅层地热资源（也称地能，包括地下水、土壤或地 表水等）的既可供热又可制冷的高效节能空调系统。地源热泵通过输入少量的高 品位能源（如电能），实现低温位热能向高温位转移。地能分别在冬季作为热泵 供暖的热源和夏季空调的冷源，即在冬季，把地能中的热量“取”出来，提高温 度后，供给室内采暖；夏季，把室内的热量取出来，释放到地能中去。热泵机组 的能量流动是利用其所消耗的能量（如电能）将吸取的全部热能（即电能+吸收 的热能）一起排输至高温热源。而其所耗能量的作用是使制冷剂氟里昂压缩至高 温高压状态，从而达到吸收低

11、温热源中热能的作用。地源热泵应用方式地源热泵的应用方式从应用的建筑物对象可分为家用和商用两大类，从输送 冷热量方式可分为集中系统、分散系统和混合系统。家用系统用户使用自己的热泵、地源和水路或风管输送系统进行冷热供应，多用于小 型住宅，别墅等户式空调。集中系统热泵布置在机房内，冷热量集中通过风道或水路分配系统送到各房间。分散系统用中央水泵，采用水环路方式将水送到各用户作为冷热源，用户单独使用自 己的热泵机组调节空气。一般用于办公楼、学校、商用建筑等，此系统可将用户 使用的冷热量完全反应在用电上，便于计量，适用于目前的独立热计量要求。 混合系统将地源和冷却塔或加热锅炉联合使用作为冷热源的系统，混合

12、系统与分散系 统非常类似，只是冷热源系统增加了冷却塔或锅炉。水环路热泵空调系统水环路热泵空调系统，它由许多台水源热泵空调机组成。这些机组由一个闭 式的循环水管路连在一起，该水管路既作空调工况下的冷源，又作供暖工况下热 泵热源。水环路的冷热源可以是地源，或锅炉、冷却塔联合方式。六、太阳能及热泵采暖系统在建筑中应用的优势和不足 太阳能采暖 在建筑中应用太阳能作为采暖热源符合国家的能源政策，使充分利用可再生 能源降低常规能源使用的重要途径，系统运行费用低。但是在太阳能采暖推广过 程中其不足也表现的很明显，主要表现在如下几点：1、太阳能的特点是能流密度小，需要的集热面积大；2、冬季让太阳能产出能够满足

13、采暖温度要求（4050C）的热水极为困难， 并且此时太阳能的集热效率极低。3、太阳能季节变化大，供应不稳定，冬季采暖属于反季节使用；4、太阳能采暖系统必须配置常规能源设备，且常规供暖设备的功率配置必 须保证在完全没有太阳能时保证建筑的正常供暖，因此相当于安装了两 套采暖装置。5、太阳能采暖系统中太阳能的保障率一般不超过 50%，即相对于使用常规 能源供暖节能 50%。若要提高太阳能保障率则须增加集热面积，提高工 程造价。6、设置太阳能采暖/热水系统装置的建筑物，其建筑热工与节能必须满足所 在地区的建筑节能标准，即房屋必须是低能耗的建筑。同时，其采暖散 热系统末端一般选择低温地板辐射供暖的方式。

14、7、在非采暖季特别是夏季多余太阳能的使用问题。 地源热泵采暖的优势和特点1、属可再生能源利用技术地源热泵是利用了地球表面浅层地热资源（通常小于400米深）作为冷热源， 进行能量转换的供暖空调系统。地表浅层地热资源可以称之为地能（ Earth Energy），是指地表土壤、地下水或河流、湖泊中吸收太阳能、地热能而蕴藏的 低温位热能。它不受地域、资源等限制，真正是量大面广、无处不在。这种储存 于地表浅层近乎无限的可再生能源，使得地能也成为清洁的可再生能源一种形 式。2、属经济有效的节能技术地能或地表浅层地热资源的温度一年四季相对稳定，冬季比环境空气温度 高，夏季比环境空气温度低，是很好的热泵热源和

15、空调冷源，这种温度特性使得 地源热泵比传统空调系统运行效率要高 40%，因此要节能和节省运行费用 40% 左右。另外，地能温度较恒定的特性，使得热泵机组运行更可靠、稳定，也保证 了系统的高效性和经济性。3、环境效益显著地源热泵的污染物排放，与空气源热泵相比，相当于减少 40%以上，与电供 暖相比，相当于减少 70%以上，如果结合其它节能措施节能减排会更明显。4、一机多用，应用范围广地源热泵系统可供暖、空调，还可供生活热水，一机多用，一套系统可以替 换原来的锅炉加空调的两套装置或系统。此外，机组使用寿命长，均在 25 年以上；机组紧凑、节省空间；维护费用 低；自动控制程度高，可无人值守。当然，象

16、任何事物一样，地源热泵也不是十全十美的，其弱势表现在以下几 点：八、1、会受到不同地区、不同用户及国家能源政策、燃料价格的影响；2、采用地下水的利用方式，会受到当地地下水资源的制约。由于对建筑所 在地的地质条件有所要求，在一定程度上限制了地源热泵的发展。3、地源热泵在系统建成运行的第一至三个采暖季，效果较为理想，但随着 运行时间的延长，其效果会越来越差，归其原因主要如下： 地下环境温度常年维持在1016C的状态，这一温度即可作为制冷时的低位冷源，也可作为制热时的低位热源，但宏观整体上是低位冷源 大于低位热源，即地源热泵更有利于制冷而不利于制热。 地源热泵冬季采暖时从地下提取热量，夏季制冷时向地