冬季太陽(yáng)能采暖系統優(yōu)劣分析

隨著(zhù)地下礦物質(zhì)能源日益匱乏，以及礦物燃燒式采暖對空氣污染愈加嚴重，新能源逐漸被人們重視。太陽(yáng)能采暖是最理想的產(chǎn)品之一，是政府鼓勵推廣多年的加熱系統，但由于太陽(yáng)能光照保證率低，是制約太陽(yáng)能采暖發(fā)展的最大問(wèn)題。

冬季采暖，無(wú)論采用什么形式的加熱設備，室內末端最理想的還是地板低溫輻射采暖，其強大的蓄熱性及供暖水溫要求相對較低(一般居住性建筑回水溫度設置35℃即可滿(mǎn)足室內供暖溫度18℃要求)，是太陽(yáng)能采暖的理想末端。

1.系統對比

目前可享受政府財政補貼，綠色環(huán)保的幾種采暖方式：

1.1 電輔助太陽(yáng)能采暖系統

1)優(yōu)勢：為了充分利用太陽(yáng)能，達到最佳節能效果，盡量減少電輔助啟動(dòng)時(shí)間，太陽(yáng)能采暖系統會(huì )盡最大努力多鋪設太陽(yáng)能集熱面積，可多數現場(chǎng)不具備鋪設太多的太陽(yáng)能集熱器的條件，一般采暖面積與太陽(yáng)能集熱器面積比例都不會(huì )超過(guò)1:0.8。在光照理想的氣候條件下，太陽(yáng)能可以達到預期采暖效果，因只有集熱器循環(huán)水泵間歇運行與室內循環(huán)水泵運行功耗，所以運行費用非常低。

2)劣勢：雨雪或光照不理想的天氣，必須啟動(dòng)電加熱輔助功能，運行費用會(huì )大幅度提高。

1.2 空氣源輔助太陽(yáng)能采暖系統

1)優(yōu)勢：空氣源熱泵輔助太陽(yáng)能是目前相對較為理想的采暖方式，光照理想天氣可以利用太陽(yáng)能采暖，太陽(yáng)能加熱能力不足時(shí)，空氣源熱泵自動(dòng)補充，保證室內采暖溫度。運行費用較之電輔助太陽(yáng)能系統節能約20%。

2)劣勢：空氣源熱泵在寒冷地區冬季運行效率不高，低溫型熱泵在-10℃室外環(huán)境溫度下運行，COP值一般2.2。

1.3 空氣源熱泵采暖

1)優(yōu)勢：幾乎不受天氣影響，投資小，施工快。

全國已有很多成功案例，北京地區節能建筑，每個(gè)采暖季低于22 元/m2。

2)劣勢：低溫環(huán)境運行效率低，特別在晚上最冷時(shí)間段，環(huán)境溫度低于-10℃時(shí)，再加上反向化霜耗能，低溫工況效率低于200%?？諝庠礋岜铆h(huán)境溫度值如圖1所示。

1.4 水(地)源熱泵采暖

1)優(yōu)勢：水(地)源熱泵采暖系統是政府近年剛列入財政補貼范圍的項目，其節能效果相對比較理想，COP 值一般大于4.0，由于地下熱源比較穩定，熱源溫度一般為當地四季的平均溫度，所以熱泵機組運行穩定，故障率低。

2)劣勢：水(地)源熱泵系統問(wèn)題主要出現在地下?lián)Q熱系統，地下抽水式換熱系統，一是水利部門(mén)管理比較嚴格，二是地下?lián)Q熱井的隱患比較多，這也是設計者必須注意而又無(wú)法回避的問(wèn)題。地埋管式換熱系統回避了抽水式換熱系統的問(wèn)題，但需要大量增加鉆井數量來(lái)提取更多的地下土壤熱量，與其他采暖設備相比，增加投資約為整套系統的三分之一。

2.新型配置

2.1 太陽(yáng)能+ 雙源熱泵系統運行原理

雙源熱泵(即空氣源熱泵與水源或地源熱泵合為一體)一臺主機具有兩種運行模式：空氣源運行模式;水(地)源運行模式。

在北方冬季晝夜溫差較大，白天室外溫度一般在0℃以上，空氣源熱泵可以高效運行(COP 值平均可以達到2.8 以上)，室內供暖完全依靠空氣源熱泵即可。夜間室外環(huán)境溫度逐漸降至約-10℃(COP值低于2.2以下)?？諝庠礋岜眠\行效率相對較低時(shí)，自動(dòng)轉換水(地)源熱泵運行模式，水(地)源熱泵運行熱源來(lái)自白天太陽(yáng)能集熱器儲存的熱水(蓄熱水箱可用溫度5℃~50℃)。系統運行原理如圖2所示。

傳統的太陽(yáng)能采暖系統，往往采用加大太陽(yáng)能集熱面積來(lái)滿(mǎn)足室內溫度的要求。在白天陽(yáng)光充沛的天氣下室內溫度可以滿(mǎn)足需求，一旦遇到雨雪天或光照不好的時(shí)候，需要完全依靠輔助設備加熱采暖，輔助加熱設備能耗很大，再有大面積的太陽(yáng)能集熱器到夏季時(shí)，熱量嚴重過(guò)剩，致使水溫過(guò)高，造成管道及集熱管內結垢很?chē)乐?，影響冬季使用?/p>

雙源熱泵就是空氣源熱泵與水(地)源熱泵完美結合，(其中太陽(yáng)能系統替代水(地)源熱泵系統的地下鉆井換熱系統)雙源熱泵有利結合最大的優(yōu)點(diǎn)是最大限度地發(fā)揮了太陽(yáng)能集熱系統，又充分體現熱泵的節能優(yōu)勢，是熱泵系統輔助太陽(yáng)能系統的完美結合，也是山區能實(shí)現熱泵采暖的理想選擇。

2.2 設計計算

以100m2節能建筑為例：墻體厚度240mm，圍護結構做60mm 保溫處理，門(mén)窗為中空塑鋼材質(zhì)。

建筑能耗為100m2×80W/m2=8000W太陽(yáng)能系統選配：太陽(yáng)能系統冬季蓄水最高溫度50℃。水源熱泵利用最低水溫度3℃，可用溫差(5~50)45℃。

2.3 雙源熱泵運行特點(diǎn)

雙源熱泵設有三種運行模式：時(shí)間允許自動(dòng)識別模式：每天上午8:00 自動(dòng)轉換空氣源模式運行，到下午5:00 系統自動(dòng)檢測熱源(太陽(yáng)能蓄熱水箱)溫度，如水源溫度達不到5℃以上，自動(dòng)回到空氣源運行模式，保證室內供暖溫度不受影響;手動(dòng)運行模式1：手動(dòng)切換到空氣源運行模式時(shí)，系統將按空氣源模式運行;

手動(dòng)運行模式2：手動(dòng)切換到水源運行模式時(shí)，系統將按水源模式運行。

在白天空氣源運行效率相對較高時(shí)為室內供熱，同時(shí)太陽(yáng)能聚熱把熱能儲存在水箱內供夜晚熱泵的水源熱泵模式運行提供熱源。在夜晚熱泵自動(dòng)切換到水源模式運行，提取太陽(yáng)能蓄熱水箱溫度來(lái)為室內供暖。傳統太陽(yáng)能采暖系統蓄熱水箱溫度只能利用溫度差32~50℃(結合室內低溫地板輻射采暖)。而熱泵可以利用溫度差5~50℃?？啥嗵崛?5~50)-(32~50)=27℃。