山东华宇工学院 德州 253034
摘要：本文介绍了一种地源热泵系统与太阳能热水系统结合的双能源系统，利用清洁能源，节能环保，能源互补，在夏季制冷，冬季制热，并且可以常年提供生活热水，还可以用于地热补充蓄热。阐述了系统研究推广的必要性、系统的组成、基本运行原理及系统的优势。
关键词：双能源；制冷；制热；互补；节能
0.引言
党的十九大提出推动能源革命和生态文明以来，我国政度重视新能源的发展。发展清洁能源将成为我国应对污染问题的主要抓手，清洁能源将得到大力发展。在此，对双能源制冷制热节能系统的组成、运行原理、能源互补利用进行分析和探讨。
1.研究推广双能源制冷制热节能系统的必要性
现在的太阳能集热系统供暖受天气及辐照影响较大，效果不稳定。太阳能制冷因其不能提供较高温度的热媒介质，制冷的性能系数较低。现在单独的的地源热泵系统在冬季供暖后，地源热能往往很难得到复原性修复，这尤其对寒冷地区的冬季地源热泵供暖极为不利。
可再生能源的利用存在着能源互补性差，而且辅助能源多为不可再生能源，应用效率低。
研究推广双能源制冷制热节能系统是为克服以上不足，提供一种组成结构简单、能源互补性强、能量利用效率高、能量的获取及末端应用可方便切换的节能系统方案。
2.双能源制冷制热节能系统的组成
本系统是一种太阳能与地源热泵联合供能技术，是一种双能源制冷制热节能系统。这种双能源制冷制热节能系统如图1所示，本系统包括：地源热泵系统1，太阳能热水系统5，风机盘管系统9，地板采暖系统11。其中地源热泵系统1和太阳能热水系统5是本双能源制冷制热节能系统的能量采集和供能主体；风机盘管系统9，地板采暖系统11是本双能源制冷制热节能系统的末端用能主体。各系统均由零、部件连接安装组成，通过介质流体在管路中的循环实现末端的制冷或制热。
图1 双能源制冷制热节能系统的组成及运行
地源热泵系统1主要由热泵机组2、水罐3、U型管竖井4组成。热泵机组2的主要作用是将地源热能与应用末端的热能进行耦合转换；水罐3的主要作用是储存和调节循环管路中介质的量和压力；U型管竖井4的主要作用是通过U型管内介质的循环提取竖井土壤的热能，或将热能注入竖井地壤里。
太阳能热水系统5主要由换热器6、热水箱7、集热器8组成。换热器6的主要作用是将太阳能集热器产生的热能互换给用能末端。互换出的能量也可通过U型管竖井4为地下进行蓄热，对于寒冷地区的冬季供暖有积极作用；热水箱7主要作用是储存集热器8获得的热能，同时为用水点提供热水；集热器8的作用主要是将太阳光的辐射能转化为热能。
风机盘管系统9由风机盘管10及辅助零、部件组成。主要作用是在应用末端产生冷风或热风，以调节室内温度。
地板采暖系统11主要由分水器12、地暖盘管13、集水器14组成。分水器12主要作用是将采暖进水主管的介质分配到各个地暖盘管13中；地暖盘管13的主要作用是使介质热能均匀向外传递，以实现供暖。集水器14的主要作用是汇集地暖盘管13中的介质到回水主管。
3.双能源制冷制热节能系统的运行原理
这种双能源制冷制热节能系统的能源输入是通过两种途径实现，都取自可再生能源，可以方便切换，而不影响系统正常使用。一种能源在满足使用后过剩时还可以补充另一种能源。
系统末端使用既可制冷又可制热，而且可以方便切换。地源热泵系统和太阳能集热系统是系统的主体，其余系统或设备部件起末端应用或辅助作用。冬季因为U型管竖井中温度高于地表环境温度，地源热量通过U型管壁传递给管内温度较低的介质，来提高介质温度，通过循环在地源热泵机组的耦合作用下，地源能量被从地下提取出来并传递到地板采暖系统和风机盘管系统，从而实现制热效果。夏季因为U型管竖井中温度低于地表环境温度，U型管内温度较高的介质的能量传递到地壤中，从而降低了U型管内介质的温度，通过循环在地源热泵中的耦合作用下，应用末端获得了比室内环境温度低的介质流体，通过风机盘管系统实现制冷。
太阳能集热系统中的集热器阵列接受太阳光辐射能后，通过系统温差循环将光能转化为水的热能储存在热水箱中，热水箱中的水可以供用水点用热水，也可以通过换热器辅助热泵机组供能，也可以通过U型管竖井为地下进行蓄热，对于寒冷地区的冬季供暖有积极作用。
太阳能集热系统在冬季运行时，通过关闭夏季阀门，打开冬季阀门可以作为地源热泵系统的辅助热源，减小地源热泵系统的负担，提高制热运行效率。同时在不需要供暖或供暖热负荷减小时，太阳能集热器系统也可用来制备生活热水。
夏季运行时，使用地源热泵系统单一供冷，通过打开夏季阀门，关闭冬季阀门来实现。此时太阳能集热器可以用来制备生活热水。
在冬与夏之间的过渡季节，地源热泵系统停止使用，太阳能集热系统全部用来制备生活热水。
4.双能源制冷制热节能系统的优势
与现有技术相比，系统充分考虑了可再生能源的获取和利用，以及多种能源的互补结合使用，系统切换与控制方便。避免了单一能源的不稳定性，实现了同一系统既能制热又能制冷，还能常年提供生活热水的功能。
系统不仅因为输入的不是单一能源而有保障，而且输出制冷制热的效率高。系统使用清洁能源，节能环保，从而节约大量不可再生能源。
5.结束语
此双能源制冷制热节能系统在节能方面有着不可比拟的优势，这也是清洁能源利用的发展趋势。相信随着可再生能源利用技术的发展，这种系统应用会越来越广泛，从而能更好的服务于客户，为社会做出贡献。
参考文献：
[1] 郭长城《太阳能-地源热泵联合供能系统研究现状》农业工程学报，2011
[2] 李素芬 《基于动态热负荷的太阳能——地源热泵运行模式研究》热科学与技术 2011
论文作者:魏斯胜
论文发表刊物:《基层建设》2018年第4期
论文发表时间:2018/5/22
标签：系统论文; 能源论文; 节能论文; 太阳能论文; 竖井论文; 介质论文; 源热泵论文; 《基层建设》2018年第4期论文;