太阳能+地源热泵暖通空调新技术研究

地热换热器的吸放热不平衡现象在地源热泵空调系统中是普遍存在的。如对北方寒冷地区而言，地热换热器冬季从大地提取的热量远大于夏季向大地释放的热量，而南方则反之。地下温度场的变化，将造成地源热泵系统性能的下降。复合低温源地源热泵系统作为解决冷热不平衡的有效方法已日益受到人们的广泛关注。为了科学、有效可靠的应用这项技术，需要对该系统进行全面、深入的研究。本文就是针对太阳能+地源热泵暖通空调创新技术进行简单地研究，首先是对太阳能及地源热泵进行简要地概述茫然和针对这个系统的创新性特点，指出太阳能+地源热泵暖通空调的设计。
1 太阳能+地源热泵概述
上世纪90年代以来，欧美国家的科技工作者的联系更加密切，共同对地源热泵有关的环境问题开展了广泛和深入的研究。1995年的国际地热学术会上，英国学者Curtis代表国际地热组织发表了一篇关于应用地源热泵系统的调查报告，其中总结性地结论为：1)地源热泵系统是世界能源市场的成熟技术之一，与现存的用电供热／制冷技术相比具有稳定性能好、可靠性高、花费更少的优势；2)地源热泵系统经济上与燃油和燃气锅炉不相上下；3)如果考虑到包括环境效益、能源保障和长期利用在内，地源热泵系统是最好、技术含量最高的替代产品。
 
地源热泵的英文简称为GSH，它作为一个广义的专业术语，是这样的一种系统，即同时对土壤、地表水以及地下水中具有的热源进行最大化的理由。其运行原理主要为机械蒸汽压缩——制冷进行循环运行的系统。该系统最大的功效就是可以将热量从地表层排出或者是从地表层吸收热量，这主要是根据内外的温差进行控制的，这就可以有效地节省电的使用，也是非常智能的。地源热泵主要包括如下四种系统，这四种系统互相影响，互相作用，缺一不可：水平地埋管土壤地源热泵系统、垂直地埋管土壤地源热泵系统、地表水地源热泵系统、地下水地源热泵系统。
对于太阳能而言，太阳向地球辐射的能量十分巨大，地球对于太阳能的利用潜力十分巨大，而每年地球仅仅用了太阳能不到1%的部分，因此将太阳能运用于暖通空调的设计之中，具有十分重要的价值和意义。
2 太阳能+地源热泵设计要点分析
基于以上关于太阳能+地源热泵的简要概述可知，当前运用此系统体现了“低碳、环保、节能、绿色”的理念，因此应该积极地加强对其进行设计，下面就是针对设计要点进行简单地阐述。
2.1 系统的构成
太阳能一地源热泵系统由太阳能集热器、蓄热水箱、地热换热器、热泵机组及其附属设备组成，末端采用地板辐射空调系统。该系统的运行原理可以用如下图1所示：
A-热泵机组，B-太阳能集热系统，C-地源热泵系统，D-地板辐射空调系统，a-蓄热水箱，b-太阳能集热器，c/d-系统分/集水器，g/f-地板系统分/集水器，e1,e2……，en-地热换热器，h-室内地板盘管，p1,p2,p3-循环水系统（中水系统）。
2.2 下水系统设计
如果地下水有足够的量、水质也较好，有开采手段，当地规定又允许，就应该考虑此系统设计，现场调查将对以上问题给予确认，以下是一些基本原则：
(1)水井流量要求是由计算的最大得热量和最大释热量确定。
(2)地下水系统应使用304号不锈钢板式热交换器进行水井水和建筑物循环水热交换。
(3)对一个开放式系统，建筑物最好是低层结构以便减少水泵的耗能。
2.3地表水系统设计
如果存在地表水或通过开发能够产生的话，则应该考虑该系统。以下是一些基本原则：(1)通常在商业／公用建筑开发过程中要解决排水问题，要径流保存、或从美学观点看要有“反射”池，这样会产生大量的水。(2)没有建筑高度的限制，仅要求水的表面积和深度与热负荷相适应。
3 结论
综上所述可知，太阳能+地源热泵暖通空调的设计完全体现了“绿色环保，节能“的设计理念，能够对能源进行节约，对热源以及太阳能进行最大化地利用，不失为人们普遍接受的暖通空调系统。但在其实际的设计过程之中，应该注意如下几个方面：（1）热泵用于冬季采暖时，应根据其实际工况下的供水温度，校核末端设备的供热能力。（2）利用地下水作为热源的热泵，地下水要在封闭管路内运行，防止地下水源污染，并应回灌。（3）当热泵停止工作时，要有可靠的防冻措施。(4)在建筑容积率较低的地区，可以利用土壤作为热源的热泵。笔者认为，只要在实际的设计过程之中，注意好如上几点，一定可以设计出一种真正环保的暖通空调。#p#分页标题#e#
对此我们要加强暖通空调的节能减排策略的实施，笔者认为主要包括如下几个方面：（1）对暖通空调系统设计的合理性加以提升。我们知道，暖通空调系统是一个非常之大的系统，而且也很复杂，那么在设计上面需要很多的技巧，技巧使用的好坏，将会直接影响到暖通空调的性能的高低。在一般情况下，系统的设计均是按照最大负荷的原则进行设计的，然而，在暖通空调实际的运行过程中，能够达到此标准的却少之又少若系统各个部分只能够满足负荷运行但是又不适应部分负荷运作的状态，那么势必会使得系统的能耗大大增加。（2）增强围护结构的保温性能。减少冷热损失。对于暖通空调系统来说，通过建筑围护结构的部分在整个系统中占有很大比例，而围护结构的保温性能决定着空调系统负荷的大小。因此，国家在出台有关建筑节能设计规范和标准的时候，重点提出了对围护结构的保温隔热性能的要求。（3）对系统的控制水平进行提高。随着人们对生活舒适性要求不断提高，暖通空调的设计过程中也要考虑到这一点，具体而言可以对暖通空调系统的通过空气的风速以及温度、湿度等方面进行设计，人体对于舒适度以及环境冷热方面的感觉就是上述这些因素相互作用的结果，以前对暖通空调的控制仅仅是在改变空气的温度和湿度方面有时甚至是改变空气的温度，那么着就是不全面的，而且最后将会使得舒适度大打折扣。对于热湿环境的研究成果为我们创新的空调系统控制方式提供了一定的理论基础。我们若采用PMV或者是SET这两个指标对暖通空调进行调试，那么就可以在保持舒适度的情况下为整个暖通空调系统节能三成以上。（4）采用舒适健康的空调方式。我们知道，人体舒适度均会受到诸多环境因素的影响，因此环境因素对于人体舒适度具有十分关键的作用，对于不同环境因素的综合作用有时甚至可能会达到相同的舒适效果，然而它们需要消耗的能源却是不同的。例如在冬季，若按照传统的方式，我们一般会先将整栋房子的空气加热，然后通过人体与周围环境的热湿交换来实现舒适度，这就需要较高的空气温度，由此造成的围护结构和新风热损耗都是十分惊人的。如果我们能够改变这种高能耗低效率的方式，而是增加热辐射，那么达到同样舒适度所需要的空气温度就会显著下降，对于能源的消耗也将会更低。
 
参考文献：
[1]徐伟. 地源热泵、太阳能热泵技术应用[J].工程质量，2003（10）.
[2] 魏兆凯,凯,晓洲.阳能热泵开发的理论与实践[J].农机化研究 2009(3)
[3] 罗万军,徐承立,马洪亭.几种主要建筑节能技术的发展现状和应用前景[J].安徽农学通报 2007(11).
[4] 杨秋荣,王同喜,马洪亭.几种主要建筑节能技术的发展现状和应用前景[J].节能,2006(7).