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          太陽能—地源熱泵耦合系統

          編輯:【盛達泓泰太陽能科技】更新時間:【2020.11.30】瀏覽次數:【122】

            現階段,我國供暖地區主要采用的是以燃煤和天然氣為主的傳統集中供暖方式,隨著能源短缺和供暖面積的逐漸增大,各國都在積極尋求清潔可持續的可再生能源供暖方式。

            太陽能地源熱泵耦合系統

            圖1太陽能地源熱泵供暖系統示意圖

            地源熱泵是一種高效、節能、環保的新型空調系統,然而初投資較大,同時長期運行會帶來土壤溫度下降,熱泵機組制熱能力不足等問題。太陽能清潔可再生,前景巨大,但運行周期性波動性較大,將兩者進行結合,一方面由于土壤具有蓄能、穩定性及延遲性的特點,可以作為太陽能的蓄熱裝置;另一方面,由于太陽能的輔助供熱作用,使得地埋管換熱器可以間歇運行,土壤溫度場能夠得到及時恢復,從而使熱泵運行穩定。因此兩種低位熱源熱泵的聯合運行是一種比較合理的方案,可以互相取長補短,發揮各自的優勢,彌補單一熱源熱泵的不足,提高熱泵系統的COP值。

            太陽能地源熱泵耦合系統的特點

            (1)太陽能和地表熱量都是儲存量非常大但是非常分散的低品位能量,通過太陽能熱泵和地源熱泵技術可以對這些能源進行充分的挖掘、采集并利用,為人類能源供應提供了更多的途徑。

            (2)太陽能和地熱能都是清潔能源,對其儲量可以用“源源不斷”來形容,本系統在收集和利用這些能源時幾乎不會對環境產生影響,因此其生態效益顯著。

            (3)系統效率相對較高。熱泵循環性能系數始終大于1,這表明該系統具有較高的能源利用效率。大量的實踐經驗表明,通過此系統可以達到非常好的節能減排效果。

            (4)淺層地熱能其溫度常年保持不變,因此在使用時穩定性較好,不受季節性變化的影響。將地源熱和太陽能兩者進行結合,可以有效避免太陽能容易受到氣候因素影響的弊端。

            (5)該系統能夠達到的功能主要有夏季制冷、冬季供熱以及全年供用生活熱水。

            太陽能地源熱泵耦合系統的運行模式

            太陽能地源熱泵系統通常包括五大部分,即太陽能集熱器、熱泵、蓄熱罐、地埋管換熱器和室內末端系統。系統可以根據室內外溫度、太陽輻射強度、運行時間等條件確定系統在各種工況下的最優運行方式,然后根據閥門的不同開關設置,實現多種運行模式的互相切換。常用的供熱運行模式包括:

           。1)太陽能供熱模式:該模式下,通過少量電能提供動力,將太陽能傳輸至室內,太陽能作為單一熱源對建筑進行供熱。此模式僅在太陽能充足的工況下運行。由于此模式為最節能的運行模式,因此在工況符合條件的情況下,應優先運行該模式。

            圖2太陽能直接供熱

           。2)太陽能串聯地源熱泵負荷側供熱模式:該模式下,太陽能集熱器與熱泵負荷側串聯,負荷側出水直接用于供暖。此模式用于太陽能集熱器出水的熱品質不高,經過熱泵提升后能滿足供暖需求的工況。

            圖3太陽能串聯地源熱泵負荷側供熱模式

           。3)太陽能串聯地源熱泵熱源側供熱模式:該模式下,太陽能集熱器與熱泵熱源側串聯,集熱器出水進入地埋管換熱器內以提升熱泵工作效率,熱泵負荷側出水直接用于供暖。此模式用于太陽能不充足的工況。

            圖4太陽能串聯地源熱泵熱源側供熱模式

           。4)太陽能蓄熱:該模式下,少量電能作為動力,將太陽能輸送至蓄熱罐進行熱能存儲。此模式通常用于日間太陽能較為充足而室內無需供暖的工況下。

            圖5太陽能蓄熱

           。5)蓄熱罐供熱模式:該模式下,蓄熱罐出水直接用于供暖。此模式通常用于夜間蓄熱罐出水溫度足以滿足供暖需求的工況。

            圖6蓄熱罐供熱

           。6)地源熱泵供熱模式:該模式下,地源熱泵系統作為全部熱源進行供暖,熱源測通過地埋管換熱器為負荷側提供低品位熱源,負荷側高溫出水直接用于室內供暖。此模式通常用于以上模式均不適合開啟的工況下,以此來保證整個供熱系統的穩定運行。

            圖7地源熱泵供熱

            展望

            太陽能地源熱泵耦合供熱系統是一種應用前景非常廣的節能環保系統,通過運行策略的優化以及系統各組件的匹配優化,使系統能夠充分利用清潔可再生的太陽能資源和高效環保的地熱能資源,充分挖掘系統節能潛力。但由于該系統初投資大,設計復雜以及系統性能與當地氣候條件和地質條件密切相關,因此在不同的地區適用性不同。同時該系統的運行控制方法對系統的運行效果及節能潛力影響較大,目前針對該系統的運行控制方面的研究尚有不足,未來對系統運行策略的優化以及與人工智能相結合等技術上還需進一步的探索與研究。

          轉載:互聯網

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