太阳能供暖论文:浅谈太阳能—地源热泵联合供暖系统的经济性评价

摘 要:由于单独运行太阳能和地源热泵系统时,各自存在缺陷。因此提出太阳能与地源热泵系统联合供暖的运行方式。建立太阳能集热器和地源热泵机组的数学模型,并以某地区地区某工程为例,通过测试得到室外温度、逐时热负荷、太阳能辐射强度和地源热泵机组进出水温度。采用静态分析法计算联合供暖系统的经济性。结果表明,联合供暖系统在初投资上比单独使用地源热泵系统高,但运行6年后能收回初投资。同时在热负荷大于冷负荷地区,联合供暖系统更具有可行性和环保性。 
  关键词:联合供暖;地源热泵;经济性;环保性 
  随着全球工业迅速崛起,经济发展十分迅速,城市化进程日益加快使得能源消耗增涨迅速,在许多国家,能源危机日益凸显。目前应用较多的矿物能源是石油、天然气和煤炭,核裂变能也在逐渐开发研究中。矿物能源推动了世界经济的发展,但其带来的环境问题却越发严重,节能减排已经是所有人都将重视的一个话题。 
  地源热泵系统是利用浅层地能进行供熱和制冷的一种新型能源利用技术。该系统利用地下土壤或地下水体中蕴藏的巨大蓄热或蓄冷能力,冬季:地源热泵系统将室内冷量转移至地下,同时将热量送至室内;夏季:再把室内热量转移至地下,同时再把冷量送至室内。一个年度形成一个冷热循环,实现绿色建筑的功能。 
  地源热泵系统具有高效节能,无环境污染,维护费用低,使用寿命长等优点;但在北方地区,如果长期使用地源热泵系统会使地下温度场得不到有效的恢复,造成地下土壤热不平衡的问题。 
  太阳能供热系统指利用太阳能集热器,收集太阳辐射能实现平时供热水或冬季供暖的系统。它具有节能环保,使用安全,不占空间等优点;但太阳能同时具有分散性,不稳定性和效率低等缺点。 
  本文将太阳能系统和地源热泵系统的优势结合起来,通过太阳能—地源热泵联合供暖的运行模式,就经济性上联合供暖系统的初投资比单独使用地源热泵系统高3000元,但运行约6年后能收回初投资,并且在环保性上联合供暖系统缓解了地下土壤热不平衡的问题,更大可能的利用了可再生能源。 
  一、联合供暖系统的工作原理 
  太阳能—地源热泵联合供暖系统指太阳能集热器部分与地源热泵地埋管部分同时工作,共同承担室内所需的热负荷。夏季:V1阀门处于关闭状态,V2阀门处于开启状态,此时地源热泵系统利用地下土壤的冷源负责室内制冷,而太阳能供热系统利用太阳能提供生活热水;冬季:V1阀门处于开启状态,V2阀门处于关闭状态,地源热泵系统与太阳能供热系统联合运行,共同承担室内的热负荷,此时太阳能供热系统作为地源热泵系统的辅助热源。 
  二、建立数学模型 
  (一)地源热泵机组数学模型 
  三、案例分析 
  本文以某地区地区某层高为3.0m,建筑面积为207 的工程为例。在最冷月即1月份中选择典型2天连续测得,室外逐时平均温度为-19.5 ,室外逐时平均热负荷为12.5kw,其中最大热负荷为14.8kw,日照时间内的南向平均辐射强度为374.1 。某地区地区冬季室内供暖设计温度为20 。如图1,图2。 
  地源热泵机组在冬季运行时,蒸发器进水平均温度为13 ,蒸发器出水平均温度为8.3 ;冷凝器进水平均温度为45.2 ,冷凝器出水平均温度为48 。其中蒸发器进出水平均温差为4.7 ,冷凝器进出水平均温差为2.8 ,地源热泵机组运行比较稳定,蒸发器与冷凝器进出水温度变化较平稳。如图3。 
  四、经济性分析 
  某地区地区冬季供暖天数为150天左右,在相同的供暖管网与末端装置的情况下,对太阳能—地源热泵联合供暖系统与单独使用地源热泵系统,进行经济性分析与比较。 
  (一)初投资。太阳能—地源热泵联合供暖系统与单独使用地源热泵系统在同时不考虑:地源热泵打井费用,埋管费用,设备室和控制室费用等的情况下,联合供暖系统比单独使用地源热泵系统增加的初投资为太阳能集热器部分的费用。 
  式中:为联合供暖系统增加的初投资,元;为单位面积集热器价格,按600元/ ;s为太阳能集热器面积,5 。 
  (二)运行费用。计算两种供热系统的运行费用时,同时不考虑工作人员的管理费用和设备的维护维修费用。 
  1.太阳能—地源热泵联合供暖系统:由下表可知,太阳能—地源热泵联合供暖系统在初投资上比单独使用地源热泵供暖系统高3000元,但是联合供暖系统的年运行费用比单独使用地源热泵系统低489元,运行约6年就能收回初投资。且地源热泵系统的寿命一般为20年,因此在经济性上,使用太阳能—地源热泵联合供暖系统比单独使用地源热泵供暖系统更经济。 
  五、结论 
  (一)在太阳能充且热负荷大于冷负荷地区,使用太阳能—地源热泵联合供暖系统比单独使用地源热泵供暖系统运行费用更低,节约电费,且运行约6年就能收回初投资。 
  (二)热负荷大于冷负荷地区,使用联合供暖系统相对单独使用地源热泵供暖系统而言,能使地下温度场得到有效的恢复,缓解地下土壤热不平衡的问题。 
  (三)太阳能集热器面积与机组热效率成正比,与集热器效率成反比,且会增大初投资,因合理选择太阳能集热器面积。 太阳能供暖论文
  参考文献 
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浏览次数:  更新时间:2017-06-02 21:28:04
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