太陽能+空氣源熱泵聯合采暖系統分析

　　太陽能作為最節能、最清潔的能源，利用太陽能光熱采暖是節能減排，減少霧霾的有效途徑之一。我國是太陽能光熱產業大國，是世界上太陽能資源最豐富的地區之一，但目前太陽能的利用還是偏重用于生活用熱水的制取上，用于采暖還沒有很大的推廣。

　　太陽能光熱具有普遍、巨大、無害、長久等眾多優點的同時也具有集熱器占地面積大、且分散性、不穩定性、初始投資高及效率偏低的缺點。因此，需要積極的尋求一種節能環保的技術，與太陽能聯合應用達到供暖的目的。熱泵技術無疑成為很好的選擇。其中，空氣源熱泵相對其他形式熱泵，對場地、安裝地區地質、地下水量等硬性環境條件沒有過多要求，成為與太陽能光熱采暖最佳的輔助熱源。

　　一、太陽能+空氣源熱泵聯合運行模式

　　太陽能+空氣源熱泵系統是目前最先進、最節能的中央熱水加熱方式。不僅可以滿足生活熱水需求，而且可以提高系統溫度進行房屋采暖。整套系統由太陽能集熱器、空氣源熱泵、蓄熱水箱、換熱系統、水泵及末端系統組成。

　　由于當代城鎮建設相對密集，建筑設計很少考慮太陽能集熱器的安裝位置，樓頂面積十分有限，太陽能+空氣源熱泵根據屋面實際可利用的有效空間優化設計太陽能集熱器，缺少的熱量使用效率非常高的空氣源熱泵進行補充，即使在天氣狀況最不利的情況下，也可以滿足采暖所需供熱溫度。最大限度的利用太陽能減少電輔助加熱需要的能耗。

　　(一)聯合系統運行原理

　　冬季供暖時通過太陽能集熱器將熱量儲存到儲水箱中。當太陽能產熱溫度大于設定的供暖回水溫度時，采用太陽能供暖，空氣源熱泵主機不啟動;當太陽能產熱溫度高于系統回水溫度而低于采暖供水溫度時，采用太陽能與空氣源熱泵主機聯合供暖;當太陽能產熱溫度低于采暖回水溫度時，單獨采用空氣源熱泵主機供暖。

　　另外，可在儲熱水箱設電輔助加熱器，滿足冬季天氣不好時的洗浴用水需求。如有制冷需求，夏季也可單獨采用空氣源熱泵主機為室內進行制冷。

　　(二)空氣源熱泵運行原理

　　空氣源熱泵技術是基于逆卡諾循環原理建立起來的一種節能、環保技術。空氣源熱泵系統通過輸入少量的高品位能源(電能)，實現能量由低溫向高溫轉移。以室外空氣為冷熱源，以制冷劑(R417a或CO2)為媒介，制冷劑在蒸發器(或冷凝器) 中吸收空氣中的能量，再經壓縮機壓縮制熱(或制冷)后，通過換熱裝置將熱量(或冷量) 傳遞給水，再經過室內末端向建筑物供暖(或制冷)，還可直接用于熱水供應。通常空氣源熱泵每消耗1KW 的能量，可以從空氣中吸收2KW 左右的熱量或冷量。加上輸入的 1KW 電能，則實際可產生3KW -3.5KW 的能量。

　　與鍋爐(電、燃料) 供熱系統相比，鍋爐供熱只能將 90% 以上的電能或70-90% 的燃料內能變為熱量，供用戶使用，而空氣源熱泵的熱效率可以達到350%，因此空氣源熱泵要比電鍋爐加熱節省50% -70% 的電能，比燃料鍋爐可節省30% -40% 的能量。

　　(三)太陽能+空氣源熱泵系統特點

　　1、該系統通過太陽能集與熱泵機組聯合運行方式提供熱源，有效的降低了單一采用太陽能系統供暖的工程造價。

　　2、彌補太陽能不穩定特性。

　　3、根據實際屋頂面積合理安排太陽能集熱器與空氣源熱泵比例，最大化利用可再生的太陽能，同時又滿足住戶需求。

　　4、該系統不燃燒，水電分離，水溫適度恒定，沒有任何危險性。

　　5、該系統采用蓄熱式，系統運行穩定，將采暖系統和生活熱水系統分開，使用兩套蓄熱水箱，可同時滿足采暖和中央生活熱水需求，且系統相對獨立，溫度分別設定，互不影響。

　　6、不僅滿足冬季采暖、夏季制冷，同時滿足建筑一年四季用生活熱水。真正實現了一套設備三用。在系統運行中，太陽能系統永遠作為優先啟動系統，充分利用太陽能熱量，其次才啟動空氣源熱泵系統，在能源輸入上盡可能節能，降低運行成本。

　　二、單獨太陽能作為采暖系統熱源的優缺點

　　太陽能具有高效、清潔、環保、永不枯竭等優點，但由于受緯度、海拔高度、季節、晝夜等自然條件和陰雨天氣等隨機因素的影響，太陽能具有一定的間歇性和不穩定性。 因此，單一的太陽能采暖裝置很難滿足寒冷地區辦公建筑的供暖需求，配置高效、環保的輔助熱源十分必要。

　　在建筑中應用太陽能作為采暖熱源符合國家的能源政策，是充分利用可再生能源降低常規能源使用的重要途徑，系統運行費用低。但是由于其能源本身存在的弊端造成了太陽能在采暖推廣過程中有很多阻礙：(1)太陽能分散性的特點，導致需要的集熱器占地面積大。(2)太陽能季節變化大，供應不穩定。冬季本身輻照度低，日照時間少，太陽能采暖屬于反季節使用。(3)在設計上太陽能采暖系統中太陽能的保證率一般不超過40%，若要提高太陽能保證率則須增加集熱面積，此項增加工程造價。

　　三、太陽能與地源熱泵聯合采暖系統的對比

　　地源熱泵采暖是利用地源熱泵機組將巖土體中的能量提取出來，提高水溫后進行供暖的技術。具有高效節能、綠色環保、運行穩定等優勢，然而由于地源熱泵長期連續取熱或蓄熱，將會使地下溫度場遭到破壞，長期得不到有效恢復，造成土壤溫度不斷降低或升高，從而降低了熱泵機組的能效比，使熱泵的運行情況不穩定。因此，利用地源熱泵采暖技術對建筑物進行采暖往往也需要輔助熱源進行配合。

　　將太陽能+地源熱泵結合成聯合采暖系統。該系統的工作原理：冬季通過太陽能集熱器收集太陽輻射熱量，利用熱泵機組從地源吸收熱量，將兩種能源結合起來，提高建筑物供暖需要的溫度;夏季將太陽能集熱器收集的太陽輻射熱量和熱泵機組從室內吸收的熱量一起釋放到地源中貯存起來，這樣既可以實現夏季建筑物的空調制冷，又可以實現地源的能量平衡，為冬季取暖提供能源保障。

　　太陽能+地源熱泵聯合采暖系統可以在集熱器介質溫度為10~20℃時為建筑物采暖，較普通太陽能采暖系統需要的集熱系統介質溫度低20~30℃，大大降低了集熱器介質的工作溫度，提高了集熱器的效率。在承擔相同熱負荷的情況下，太陽能+地源熱泵聯合采暖系統較普通單一太陽能集熱系統所需的集熱面積小很多，更大限度地發揮太陽能和地熱能各自的優越性，彌補二者不足之處，提高兩種可再生能源的利用率，達到穩定供暖的目的。但由于初始投資高、存在熱島效應，對周邊環境影響大、效率下降快等缺點，相對空氣源熱泵對環境、土質要求更加嚴格，使得太陽能+地源熱泵的使用率低于太陽能+空氣源熱泵。