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摘要：近年来，太阳能辅助供暖的地源热泵经济性问题得到了业内的广泛关注，研究其相关课题有着重要意义。本文首先对相关内容做了概述，分析了太阳能辅助热源热泵系统的可行性，并结合相关实践经验，分别从多个角度与方面就实际案例展开了研究，阐述了个人对此的几点看法与认识，望有助于相关工作的实践。
关键词：太阳能辅助供暖；地源热泵；经济性；分析
1前言
作为一项实际要求较高的实践性工作，太阳能辅助供暖的地源热泵经济性的特殊性不言而喻。该项课题的研究，将会更好地提升对太阳能辅助供暖地源热泵经济性的分析与掌控力度，从而通过合理化的措施与途径，进一步优化该项工作的最终整体效果。
2概述
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。
3太阳能辅助热源热泵系统的可行性探讨
3.1太阳能作为辅助热源的可行性
我国每年接受的太阳能辐射量如果核算成煤的话差不多需要24000亿吨的煤，此外，我国整体太阳能分布比较平均。量足且均匀的特点就在大方向上确保了太阳能作为辅助热源的可行性。不过，我国在太阳能利用中也存在着缺点：能流密度低以及易受到各种因素的影响。
3.2太阳能作为辅助热源的必要性
举例来说：在我国的北方，由于冬季热负荷很大，如果系统以热负荷为目的的话，这个时候完全使用地源热泵供暖就会导致成本非常高，而产生的效率却比较低下，长期运行这种系统的话还会导致大地温度的下降。除了以上问题以外，由于这种系统COP值较低，所以会有很多设计的要求无法实现。
3.2.1并联式系统
并联式系统是把太阳能供热系统和地源热泵系统交替进行供热，在太阳能集热器收集的热量过多的时候可以把这些多余的热量转移到地下进行储存，通过这一方式提高了地热恢复的速度。另一方面，在阴天或者夜间等太阳能不能够满足供暖需求的时候可以使用地热进行供热。
一般来说这种系统使用主要是在地下水温度不低于15℃的地方，地热主要起到供热作用，而太阳能起辅助作用。在地热的存储中，我们的原则是夏热冬用、冬冷夏用。
3.2.2串联式系统
串联式系统中，太阳能集热器所收集的热量不像并联式系统一样存储于地下，而是将其存储于蓄热的水箱中，然后水箱中的热水经过换热的方法提升进到蒸发器入口介质的温度，最终保证系统的COP值。在这种系统中，冬天由于太阳能较弱，我们可以使用集热器所串接的蒸发器作为辅助热源。
3.2.3混联式系统
在这种系统中，太阳能集热器与地源热泵连接方式有很多种，举例来说：地源热泵可以有两个蒸发器，一个可以用于连接太阳能集热器，而另一个把空气源作为热源，这种方式可以有效地提升整个系统的COP值。在蓄水箱温度不低于25℃的时候，可以不间断地为建筑供暖，进而保证了电能的节约。
4案例分析
本文以某地区某层高为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。该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。
4.1经济性分析
该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。
4.1.1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。
4.1.2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：
由表1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。
4.2结论
（1）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。（2）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。（3）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。
5结束语
综上所述，加强对太阳能辅助供暖的地源热泵经济性问题的研究分析，对于其良好实践效果的取得有着十分重要的意义，因此在今后的太阳能辅助供暖应用过程中，应该加强对其关键环节与重点要素的重视程度，并注重其具体实施措施与方法的科学性。
参考文献：
[1]郑云.浅谈地埋管地源热泵技术[J].四川建筑科学研究.2017（11）：60-62.
[2]余鑫，王如竹，翟晓强.竖直埋管地源热泵系统研究进展[J].暖通空调.2017（01）：115-116.
论文作者:艾衍科
论文发表刊物:《基层建设》2018年第5期
论文发表时间:2018/5/21
标签：太阳能论文; 系统论文; 源热泵论文; 蒸发器论文; 热源论文; 地下论文; 地热论文; 《基层建设》2018年第5期论文;