【摘 要】地源熱泵在我們生活工作中起到了較為明顯的的節(jié)能作用。但是其高投資也是制約其發(fā)展的因素。因此，研究帶輔助熱源的地源熱泵設(shè)計具有重要的意義。本文從帶輔助熱源地源熱泵必要性以及可行性出發(fā)，對于可行的帶輔助熱源的地源熱泵設(shè)計給出了分析與探討，并結(jié)合太陽能這一具體輔助熱源給做了具體的分析，旨在對輔助熱源地源熱泵設(shè)計的研究起到一定的指導(dǎo)作用。
【關(guān)鍵詞】帶輔助熱源；地源熱泵；太陽能
1、引言
能源的緊缺使得我們意識到應(yīng)該把眼光轉(zhuǎn)向新的方向。我國地?zé)豳Y源非常豐富，目前，在地源熱泵方面的服務(wù)也取得了巨大的進(jìn)展，尤其針對北方地區(qū)。這種地源熱泵供暖的方式相較于我們以往的空調(diào)系統(tǒng)，其費用能夠節(jié)省25%到50%，此外，地源熱泵供暖更加穩(wěn)定，所以未來這一方式會得到更大的普及。但是地源熱泵首期投資非常大，這往往制約折我們的發(fā)展，針對這一情況，我們可以選擇在設(shè)計系統(tǒng)時搭配一種投資少的輔助熱源，下文將探討帶輔助熱源地源熱泵設(shè)計節(jié)能以及降低成本的效果，并以太陽能為例分析其在地源熱泵中設(shè)計的具體效果。
2、以太陽能作為輔助熱源分析地源熱泵的設(shè)計
輔助性熱源有很多，每一種輔助熱源對應(yīng)的設(shè)計又有很多不同，但是，無論具體設(shè)計怎么變，我們對于工作開展的思路是不變的，即我們首先要分析這種輔助能源的可行性與必要性，然后再根據(jù)具體情況作出具體的設(shè)計�；谶@種思路，下文將選取太陽能作為例子分析輔助熱源的重要性。
我國處于地球的北半球，每年日照時間超過2000h，太陽能非常巨大，在一年內(nèi)的太陽能相當(dāng)于130萬億噸的煤燃燒所發(fā)出的能量，總體而言，我們可以認(rèn)為太陽能是取之不盡的。加之目前全球范圍內(nèi)的能源緊缺嚴(yán)重，因此對太陽能的開發(fā)已經(jīng)刻不容緩。
而將太陽能作為輔助熱源與地源熱相配合這一方式首先大幅度減少了污染，其次它也提供了很好的節(jié)約了能源、提升了效率，所以這里我們將以太陽能為例作為輔助熱源，淺談一下地源熱泵的設(shè)計。我相信，通過對于這一設(shè)計的分析，對于我們的認(rèn)識會有很大的指導(dǎo)作用。下圖為部分月平均供暖負(fù)荷與太陽能負(fù)荷的對比。
2.1 太陽能作為輔助熱源的可行性
我國每年接受的太陽能輻射量如果核算成煤的話差不多需要24000億噸的煤，此外，我國整體太陽能分布比較平均。量足且均勻的特點就在大方向上確保了太陽能作為輔助熱源的可行性。不過，我國在太陽能利用中也存在著缺點：能流密度低以及易受到各種因素的影響。針對這些問題，我相信隨著科技的不斷發(fā)展，我們對于太陽能技術(shù)的利用也會不斷的成熟，最終會做到將其合理的利用于供暖之中。
2.2 太陽能作為輔助熱源的必要性
舉例來說：在我國的北方，由于冬季熱負(fù)荷很大，如果系統(tǒng)以熱負(fù)荷為目的的話，這個時候完全使用地源熱泵供暖就會導(dǎo)致成本非常高，而產(chǎn)生的效率卻比較低下，長期運(yùn)行這種系統(tǒng)的話還會導(dǎo)致大地溫度的下降。除了以上問題以外，由于這種系統(tǒng)COP值較低，所以會有很多設(shè)計的要求無法實現(xiàn)。
相反的，當(dāng)我們使用太陽能作為輔助熱源的時候，可以使熱泵系統(tǒng)按夏季工況設(shè)計，這就使得太陽能集熱器可以承擔(dān)一部分熱負(fù)擔(dān)，可以在很大程度上降低地源部分的投資。
2.3 太陽能輔助熱源的地源熱泵設(shè)計
在我們的具體工作中，以太陽能當(dāng)做輔助熱源的地源熱泵系統(tǒng)有三種方式：串聯(lián)系統(tǒng)、并聯(lián)系統(tǒng)以及混合聯(lián)系統(tǒng)。太陽能輔助熱源的地源熱泵設(shè)計流程圖如下：
（1）并聯(lián)式系統(tǒng)是把太陽能供熱系統(tǒng)和地源熱泵系統(tǒng)交替進(jìn)行供熱，在太陽能集熱器收集的熱量過多的時候可以把這些多余的熱量轉(zhuǎn)移到地下進(jìn)行儲存，通過這一方式提高了地?zé)峄謴?fù)的速度。另一方面，在陰天或者夜間等太陽能不能夠滿足供暖需求的時候可以使用地?zé)徇M(jìn)行供熱。
一般來說這種系統(tǒng)使用主要是在地下水溫度不低于15度的地方，地?zé)嶂饕鸬焦嶙饔�，而太陽能起輔助作用。在地?zé)岬拇鎯χ校覀兊脑瓌t是夏熱冬用、冬冷夏用。
�。�2）串聯(lián)式系統(tǒng)
串聯(lián)式系統(tǒng)中，太陽能集熱器所收集的熱量不像并聯(lián)式系統(tǒng)一樣存儲于地下，而是將其存儲于蓄熱的水箱中，然后水箱中的熱水經(jīng)過換熱的方法提升進(jìn)到蒸發(fā)器入口介質(zhì)的溫度，最終保證系統(tǒng)的COP值。在這種系統(tǒng)中，冬天由于太陽能較弱，我們可以使用集熱器所串接的蒸發(fā)器作為輔助熱源。
�。�3）混聯(lián)式系統(tǒng)
在這種系統(tǒng)中，太陽能集熱器與地源熱泵連接方式有很多種，舉例來說：地源熱泵可以有兩個蒸發(fā)器，這樣一個可以用于連接太陽能集熱器，而另一個把空氣源作為熱源，這種方式可以有效地提升整個系統(tǒng)的COP值。在蓄水箱溫度不低于25度的時候，可以不間斷的為建筑供暖，進(jìn)而保證了電能的節(jié)約。
2.4 太陽能輔助熱源的地源熱泵設(shè)計中的優(yōu)勢與不足
2.4.1 太陽能輔助熱源的地源熱泵設(shè)計中的優(yōu)勢
在其優(yōu)點上主要是：目前使用這種系統(tǒng)供應(yīng)熱水及空調(diào)可以在最大程度上節(jié)約電能，而且效率非常高，這可以幫助我們在最短的時間內(nèi)收回成本；
由于這種聯(lián)合使用的系統(tǒng)相對于單獨地源熱泵更加的靈活，這就提高了整體設(shè)備的利用率；
此外，由于太陽能利用中本身存在的缺點而不能被廣泛利用，通過這種配合的方式可以解決太陽能在利用時不穩(wěn)定、不規(guī)律的缺點。
2.4.2 太陽能輔助熱源的地源熱泵設(shè)計中的不足
針對其不足之處，主要原因是由于太陽能的利用涉及到很多行業(yè)，所以不可能缺少開發(fā)商、建筑設(shè)計院以及研究院的支持，否則將寸步難行，而現(xiàn)在這種合作還暫時還不是很多。
太陽能的應(yīng)用過程中主要的問題是：（1）關(guān)于太陽能輔助熱源的地源熱泵設(shè)計研究的理論尚不是很成熟，不能夠很好的確保其可靠性以及它們之間最合適的耦合方式；
�。�2）太陽能利用中存在固有缺陷即：太陽能源密度與土壤熱流率低，這就需要集熱器的面積更大，因此受到環(huán)境制約較為嚴(yán)重。這一問題還不能夠完全的解決；
（3）對這種系統(tǒng)研究的理論體系不完整，缺乏應(yīng)用的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，所以在具體的應(yīng)用中我們就不能夠提供充分的數(shù)據(jù)作為依據(jù)。
3、由太陽輔助熱源分析普通輔助熱源的設(shè)計
雖然文章從太陽能這一輔助熱源作為切入點，但是從對于太陽能輔助熱源與地源熱泵設(shè)計的分析對于我們了解其他輔助熱源有著很好的指導(dǎo)作用。從上文中我們可以看出。單純的地源熱泵設(shè)計是很難滿足我們需求的，而配合使用輔助熱源以后無論在供熱的穩(wěn)定性上，還是能源的消耗上，抑或成本的節(jié)約上都會起到立竿見影的效果。
下面將引用一組數(shù)據(jù)來分析輔助熱源的使用會帶來怎樣的效果：“對于地源熱泵配合燃?xì)忮仩t供熱方式，熱泵承擔(dān)的設(shè)計負(fù)荷比有40%上升到60%的時候，熱泵供熱量由71.3%增大到了91.7%，鍋爐的運(yùn)行時間有62.5%減少到了33.5%，而當(dāng)熱泵承擔(dān)的設(shè)計負(fù)荷由60%上升到100%的時候，其耗煤量僅僅降低了5.22%”。由這一段話，我們可以清晰的看出輔助熱源與地源熱泵的聯(lián)合使用將會給我們傳統(tǒng)的供暖方式帶來很大的改善。
4、結(jié)語
從文章中我們可以看到，通過選取輔助熱源能夠有效地降低地源熱泵設(shè)計的成本、減少能耗并保持良好的取暖效果。而我們通過對于太陽能這一具體輔助熱源將會對帶輔助熱源的地源熱泵設(shè)計產(chǎn)生更深刻的理解。不過帶輔助熱源的地源熱泵設(shè)計目前還處于一個未成熟的階段，有許多新的技術(shù)值得我們?nèi)W(xué)習(xí)，同時也有許多問題等待我們?nèi)ソ鉀Q。因此，我們要扎實自身技術(shù)，多學(xué)習(xí)、多思考，只有這樣我們對帶輔助熱源的地源熱泵設(shè)計水平才能更上一層樓。
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