摘要：重点介绍太阳能跨季蓄能供暖系统组成及运行方案、室外蓄热井及地源侧蓄热井的布置、气候补偿器的设置、机房智能化控制，通过对太阳能跨季蓄能供暖系统运行方案的分析，着重分析太阳能跨季蓄能供暖系统优势，弥补了传统地源热泵运行带来的热量衰减问题，提高系统运行能效比，对于改善冬季城市集中供暖带来的雾霾问题，有巨大的缓解作用。
关键词：太阳能集热；地源热泵供暖；短期蓄热中心；气候补偿器；地源井；蓄热井；智能化控制
引言
目前，人类面临着能源短缺和环境恶化两大问题，而且这两者又紧密联系，由此带来的气候变化已成为21世纪全球经济发展所遇到的巨大挑战之一，开发新能源和节能是解决能源问题的两大途径。太阳能是人类能量的主要来源，也是一种无污染、蕴藏丰富的自然资源，太阳能的利用得到了越来越多的重视。太阳能及地源热泵耦合供暖系统以其显著地节能性和环保性，具有广阔的发展前景。
1、工程案例
淄博市高新区某小学建筑面积18500平方米，建筑高度18m，采用低温热水地面辐射供暖，供回水温度45/35℃，供暖热负荷680KW，热源采用太阳能及地源热泵耦合供暖系统。
2、供暖系统的组成及运行方案
太阳能跨季蓄能供暖系统机房由四大循环系统组成：屋面太阳能集热循环系统，太阳能蓄热系统，地源热泵供暖系统，室内供暖系统。屋面太阳能热水循环系统由屋面太阳能集热板、太阳能热水循环泵、短期储热水箱、定压补水机组、板式换热器组成；太阳能蓄热系统由室外蓄热侧地埋管、蓄热侧循环水泵、高位水箱、短期蓄热水箱组成，地源热泵供暖系统由地源热泵机组、地源侧循环水泵、高位水箱组成；室内供暖系统由室内低温热水地面辐射供暖末端、供暖循环泵、定压补水机组、板式换热器、气候补偿器组成。
该供暖系统分为两个运行模式：春夏秋蓄能运行模式和冬季供暖运行模式
（1）、春夏秋蓄能运行模式：
供暖系统：该模式下供暖系统不运行，阀门D1~11处于关闭状态。
集热系统：当太阳能集热器温度≥40°C且高于储热水箱水温8°C时，太阳能集热一二次侧循环水泵开启，将热量蓄存在储热水箱；当太阳能集热器水温与储热水箱水温温差≤3°C时，关闭太阳能集热一二次侧循环水泵。
储热系统：当储热水箱水温高于地下蓄热侧水温8°C时，蓄热侧循环水泵开启，将储热水箱热量存储在蓄热井与地源井，当储热水箱水温与地下蓄热侧水温温差≤3°C时，蓄热侧循环水泵关闭。
（2）、冬季供暖运行模式：
集热系统和储热系统运行同春夏秋季蓄能运行相同。
太阳能跨季蓄能供暖系统流程图
供暖系统：
供暖初期：关闭阀门D4、D5，开启阀门D2、D3，开启供暖侧及太阳能供暖侧循环水泵，从储热水箱取热，当储热水箱供水温度≤45°C时，开启蓄热侧循环水泵，从蓄热井取热；
供暖中期：从蓄热井取热水温≤45°C时，停止太阳能供暖侧及蓄热侧循环水泵，关闭阀门D2、D3，开启阀门D4、D5，开启地源侧循环水泵，最后开启地源热泵机组，利用地源热泵辅助加热供暖；
供暖后期：当储热水箱的最高水温≥45°C时，关闭地源热泵机组，接着关闭地源侧循环水泵，最后关闭阀门D4、D5；打开阀门D2、D3，开启太阳能供暖侧循环水泵，从储热水箱取热，当储热水箱供水温度≤45°C时，开启蓄热侧循环水泵，从蓄热井取热。
3、室外蓄热侧及地源侧蓄热井设置
室外地埋管换热器设置前，太阳能跨季蓄能供暖系统专利方及施工方需对工程场地状况调查，并对浅层地热资源和岩土体地质进行勘测，评估地埋管换热系统实施的可行性及经济性，并采取有效措施保护地下含水层原有结构，避免施工工程对地下水造成污染，建筑面积超过5000平方米，应进行热响应实验。
室外地埋管换热器设置在操场地下，地下蓄热井为单U，单循环回路，管径De32mm，深度75M，共91目，共计6825m；地源换热井为双U，双循环回路，管径De25mm，图纸设计根据实验井勘测情况，将本地质分为南北两侧分别设置，深度分界线南侧为69m，共60目，深度分界线北侧为90m，共94目，结合实际地质情况，总米数不少于13050米；单独布置3个测温井，直径150mm，深度60m。
4、太阳能跨季蓄能供暖系统优势
（1）、通过大规模高容量地下相阵蓄能技术实现太阳能跨季节转移使用，实现冬季供暖。地源热泵的地下换热系统与太阳能地下跨季蓄热系统科学组合设置，可通过太阳能蓄热系统散失热量有效平衡地源热泵换热系统的热量减少，使得地源热泵系统无衰减。
（2）、优先利用可再生能源，提高系统运行能效比，最大限度利用太阳能集热系统所收集储存的太阳热能，最终达到太阳能集热系统所集热量高效利用。
（3）、太阳能集热系统全年高效集热，太阳能集热系统全年稳定高效运行，源源不断的为供暖系统提供热源，系统在春夏秋三季收集并储存热量，在冬季收集热量直接为建筑供暖，多余的热量也可用来储存。
（4）、采用地热能，绿色环保，改善当下冬季城市集中供暖带来的雾霾问题。
5、机房智能化控制
该系统的控制系统是针对太阳能跨季供暖系统研制开发的智能控制系统，采用了当下先进的远程控制技术和APP实时监控技术，可远程诊断控制。该控制系统通过定温控制、温差控制、定压控制、定时控制、变频控制等控制方法对以上各循环水泵的启动、运转、停止等进行有序合理的控制，使能量在各系统之间进行科学高效的流动调配，从而使热量储的下、取的出、供的上。控制系统有供暖模式和供冷模式（本学校不配此模式）；供暖模式有春夏秋储热和冬季供暖两种模式运行。
6、气候补偿器
供暖机房内设置气候补偿器，在保持室内温度不变的前提下，使供水温度或流量随室外空气温度的变化随时调整，使供暖机房的供热量与建筑的需热量基本一致，实现按需供热。
7、结语
太阳能跨季蓄能供暖系统，春夏秋三季将太阳能储存在地源井及蓄热井，能够有效平衡冬季地源热泵的热量衰减，提高系统运行能效比；同时在供暖初期及末期优先采用太阳能供暖，绿色环保。在当今雾霾污染比较严重的大环境下，采用清洁能源无疑是冬季供暖的一道清流，对环境效益的贡献值不可小觑。
参考文献：
[1]《民用建筑供暖通风与空气调节设计规范》（GB50736-2012）；
[2]《地源热泵系统工程技术规范》（GB50366-2005）；
[3]《实用供热空调设计手册》陆耀庆 主编；
[4]《全国民用建筑工程设计技术措施 暖通空调•动力》；
[5]《民用建筑太阳能热水系统应用技术规范》（GB50364-2005）；
[6]《太阳能供热采暖工程技术规范》（GB50495-2009）；
论文作者:孟祥祥1,刘同2
论文发表刊物:《基层建设》2018年第16期
论文发表时间:2018/7/16
标签：蓄热论文; 太阳能论文; 系统论文; 水箱论文; 水泵论文; 热量论文; 源热泵论文; 《基层建设》2018年第16期论文;