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研究寒冷区太阳能与地源热泵相结合采暖系统

研究寒冷区太阳能与地源热泵相结合采暖系统

太阳雨集团有限公司/李海兵

  摘要:该项目位于山西省长治市,属于北方寒冷地区,冬季供暖时间远远大于夏季供冷时间,从而导致地下土壤温度逐年下降,所以需要及时补充土壤损失的热量。该太阳能-土壤源蓄热采暖项目,经过太阳雨近一年的运行评估、具有工艺稳定、技术先进、安全可靠及具备即时查阅节能数据等多种优势。实践证明,利用清洁、可再生的太阳能技术来提供供热采暖所需的热量,其节能效益十分可观。

  0引言

  近年来,随着人们节能减排意识的提高以及太阳能热利用产品技术的不断进步,我国相继建成了一系列太阳能采暖项目,分为单体个人采暖项目、政府太阳能采暖示范项目,其中新农村建设示范工程项目较多。目前我国太阳能采暖还处于起步阶段,国内太阳能采暖项目以单体建筑采暖为主,离区域供暖形式还有一段距离。

  1工程概况

  1.1项目概况

  该项目为山西省长治市保障房金色家园小区,占地面积21384m2,建筑面积为57000m2,小区共六层。长治县地理坐标为东经111°5803~112°4404,北纬35°49~37°08,平均海拔高度为1000米,年日照时数2310~2660小时,年均曝辐量4200-5400MJ/m2。计划采用全玻璃真空热管横排式联箱集热器,需要集热面积4237m2,项目采用太阳雨240管/组的集热器90组(分3行,每行30列),200管/组的集热器19组(分1行,每行19列),共25400支真空热管,共计4254m2。换热装置采用换热井的方式,换热井的数目为600口,井深为100m,每口井的换热面积为20.25m2,总共换热面积为12150m2。集热器安装在建筑屋面上,实现建筑相结合,项目安装如图1所示。

  1.2当地气象资料

  山西省长治市属典型暖温带半湿润大陆性季风气候,全年冬无严寒,夏无酷暑,雨热同季。其中1月份最冷,平均气温为-4.6℃;7月份最热,平均气温仅为22.5℃,年平均温度9.7℃,年平均降水549.2mm,年平均湿度61%,年日照时数2311.5~2664.5小时,年平均无霜期在156.8~181.9天,年平均风速为1.1~2.3米/秒。


图1项目安装图

  2系统设计

  由于太阳能分布与季节不匹配的特点使得太阳能利用受到限制,太阳能和地源热泵相结合,弥补了太阳能不稳定性和间歇性的缺点,并减小太阳能集热器和地埋管换热器面积,二者联合运行能满足一定供暖要求。如图2所示,该项目通过地源热泵利用地球土壤所储藏的太阳能资源作为热泵热源和空调冷源。系统可分为太阳能集热蓄热循环和土壤储热取热循环两大系统,系统由地源热泵、太阳能集热器、储热水箱、连接管道、控制系统等部分构成。

  在冬天,管道内的液体将地下的热量抽出,然后通过系统导入建筑物内,由于冬季土壤温度较低,系统运行初期地埋管换热器周围土壤温度得不到有效恢复,热泵效率也将降低,因此采用太阳能季节性土壤蓄热,把除冬季外收集的太阳能热量通过地埋管换热器蓄存在土壤之中,冬季利用热泵将热量从土壤中取出的补热方式进行供暖,同时蓄存冷量,以备夏季使用。

  在夏天,热量从建筑物内抽出,通过系统排入地下,同时蓄存热量,以备冬季使用。系统将太阳能转换成热水,将热水储存在水箱内,然后通过热水输送到发热末端(风机盘管散热器采暖、制冷)提供建筑采暖、制冷和生活热水。

  4环境效益分析

  该工程以太阳能和地源热泵作为热泵热源及空调冷源,能源利用节能效果显著,并且明显降低了用户的运营成本。项目实施后可减少由于燃煤所产生的粉尘、二氧化硫、氮氧化物等污染物的排放量,从而促进了社会环境保护,有利于社会的可持续发展。

  根据相关数据测算,太阳能地源热泵系统每年可节约1305t标煤。该项目安装太阳能集热器和地埋管换热器系统117套,其中太阳能集热器面积共4254m2。每年可减少二氧化碳的排量约3257t,减少二氧化硫排量约71.9t、减少氮氧化物排量32.6t。

  5结语

  太阳能供热采暖技术具有很大的发展潜力。该项目通过地源热泵耦合太阳能供热系统储蓄能量供暖、制冷项目的设计实施,意在寻求一种新的采暖制冷用能方式,改变现有非环保型的采暖用能模式,建立能源利用的新体系。该项目采用的技术符合国家关于节能、环境保护的有关规定,利用成熟的可再生能源技术,既节省了常规化石能源消耗,降低了运营成本,同时有利于周边地区的大气环境治理,为在全国地区推广使用太阳能综合利用技术提供良好的示范作用。

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