太阳能系统与地源热泵系统联合供热

太阳能系统与地源热泵系统联合供热

太阳能系统与地源热泵系统联合供热的原则是；以地源热泵系统为主，太阳能系统为辅助热源，但在运行控制上要优先采用太阳能，并加以充分利用。在供热运行模式下，北区试验区域采用的散热器采暖系统与办公区域采用的地面辐射采暖系统串联运行，以提高太阳能的利用率。

（一）太阳集热系统

北区采用140m2平板型太阳集热器，采用太阳能与建筑一体化技术，使太阳集热器与建筑完美结合。本示范工程将太阳集热器设置在建筑的南立面上，与玻璃幕墙融为一体，这样既丰富了建筑的立面效果，又起到了利用太阳能的作用。北区冬季热负荷大于夏季冷负荷，可以采用太阳能辅助供热，解决地下的热量不平衡问题，提高地源热泵系统的运行效率。

在北区，太阳能除冬季与地源热泵系统联合供热外，其它季节，在不供热时，采用季节性蓄热技术将热量储存在蓄热水池中，供冬季采暖使用。

（二）联合供热方案比较

太阳能系统与地源热泵系统联合供热的方式有两种：并联和串联方式。并联方式示意图如图1所示：

图1 太阳能系统与地源热泵系统并联供热方式

串联方式示意图如图2所示：

并联运行模式与串联运行模式相比，存在以下弊端：

（1）当太阳能系统与地源热泵系统同时运行时，系统的循环水量为两者之和，太阳能系统能否直接供热，直接影响系统的循环水量，进而影响热泵机组的可靠性。

（2）在并联运行模式下，当T g温度低于50℃时，太阳能不能被直接利用，只能去加热土壤，提高热泵机组蒸发器侧的温度。而在串联模式下，当T g温度低于50℃，而

高于40℃时，可以与地源热泵机组串联运行，充分提高地源热泵机组的COP值。

基于串联运行模式的优点，本示范工程采用串联运行模式。其运行策略为：在供暖初始时，由于采用了季节性蓄热的技术，同时，在室外温度较高的情况下，采暖负荷较小，此时，经过太阳能加热后的供水温度T g较高，若温度高于50℃，则利用太阳能直接采暖；若供水温

度低于48℃，并且高于40℃，则太阳能采暖系统与地源热泵系统串联运行，即经过太阳能加热后的水再经过地源热泵系统提升（达到50℃）后，供给末端。若供水温度低于40℃，并且高于20℃，则太阳能系统接入地源热泵系统的地下换热器，加热土壤的温度，同时提高热泵机组蒸发器侧的进水温度，以提高热泵机组的效率。若供水温度低于20℃，则太阳能系统直接接入热泵机组的蒸发器侧。

冷凝器侧进、出水温度（45/50℃）一定的情况下，不同的蒸发器进水温度对机组COP 值的影响，如图3所示。

图3 蒸发器水温度对机组COP 值的影响图

冬季，在无太阳能作为辅助热源的情况下，地源热泵系统长期运行后，地源热泵机组蒸发器侧的温度在0℃左右，机组的COP 值仅为2.5；而在有太阳能作为辅助热源的情况下，地源热泵机组蒸发器侧的温度可以在20℃以上，机组的COP 值在4.5以上。由上可以看出，太

阳能系统和地源热泵系统联合运行后，能极大地提高系统对可再生能源的利用率。

蒸发器侧进、出水温度（5/0℃）一定的情况下，不同的冷凝器出水温度对机组COP 值的影响，如图4所示

图4 冷凝器出水温度对机组COP 值的影响图

由上图可以看出，当冷凝器侧出水温度为40℃，机组的COP 值为4.1，当冷凝器侧出水温度为60℃，机组的COP 值为2.6。若太阳能－地源热泵系统与水温要求较低的末端系统（如地板辐射采暖系统）配套使用，将能极大地提高系统对可再生能源的利用率。

4.2 太阳能系统与地源热泵系统联合制冷

南区夏季采用地源热泵系统与太阳能－溴化锂制冷系统为办公区域提供冷量。在过渡壤U 型地埋管换热器。根据蓄冷/热水箱中的温度判断地源热泵系统与太阳能－溴化锂制冷系统的启停。当蓄冷/热水箱中的温度低于设计值时，太阳能－溴化锂制冷系统运行，地源热

泵系统停止；当蓄冷/热水箱中的温度高于设计值时，地源热泵系统运行，太阳能－溴化锂制冷系统停止。

5. 结论

太阳能、地热能作为可再生能源，在建筑领域的能源利用中发挥着越来越重要的作用，它们的应用是解决我国能源和环境问题的重要措施之一。本文详细阐述了太阳能系统与地源热泵系统联合供热、制冷的原理，分析了太阳能系统与地源热泵系统的优化运行模式，为可再生能源的合理利用提出建议。