太阳能-地源热泵房屋采暖复合节能项目设计与实现

摘  要：针对农村采暖节能形势严峻的问题，采用太阳能-地源热泵房屋采暖复合节能项目，利用农房

暖通空调zaixian

闲置的屋顶作为分布式光伏发电的占地资源，并以地源泵作为农屋供暖所需浅地表热能可再生利用的媒 Ehvacr

介，分析了该项目一个采暖季的运行数据。结果表明：通过分布式光伏发电上网售电及地源泵效能比高 Ehvacr

达 3 倍以上的创新结合，形成了一种可再生能源利用的高效节能模式。该节能项目不但可以促进农村供

暖“煤改电”政策的快速实施，而且对全国大气污染治理更具有重大意义。  暖通-空调-在线

关键词：太阳能；光伏发电；地源热泵；热效比  暖通空调zaixian

中图分类号：TK511.2          文献标识码：A          文章编号：1671-6558(2015)02  暖通-空调-在线

  暖通空调zaixian

nuantongkongtiaozaixian

暖通在线

0  引言  

暖通空调zaixian

近年来，随着我国城镇化进程不断加快和居民生活水平的提高，农村地区建筑用能迅速增加，尤其北方地区农村建筑采暖以生物质能源为主的模式，正逐渐被以煤炭等化石能源为主的模式所替代。可见， 农村建筑节能形势严峻。太阳能-地源热泵房屋采暖复合节能项目主要是利用农房闲置的屋顶作为分布式光伏发电的占地资源，并以地源泵作为农屋供暖所需浅地表热能可再生利用的媒介，通过分布式光伏发电上网售电及地源泵效能比高达 3 倍以上的创新结合，形成了一种可再生能源利用的高效节能模式。

暖通百科

该节能项目不但可以促进农村供暖“煤改电”政策的快速实施，而且对全国大气污染治理更具有重大意义。  暖通在线

1  项目设计原理  nuantongkongtiaozaixian

1.1  项目基本信息 

太阳能-地源热泵房屋采暖复合节能项目取暖面积为 540 ㎡，其中 1 层面积为 350㎡，2 层面积为190㎡。供暖天数为 120 天。供暖费用采用国家供暖收费标准，不高于 30 元/㎡。  nuantongkongtiaozaixian

1.2  设计思想 

暖通在线

以地源热泵为主要高效节能热辐射热源，通过地采暖盘管和风机盘管对建筑物内进行冬季供暖和夏季制冷及辅助生活热水的供给；以屋顶分布式太阳能光伏发电上网售电来降低全年供暖、制冷运行成本。  暖通在线

1.3  设计参数指标 

nuantongkongtiaozaixian

在太阳能-地源热泵房屋采暖复合节能项目中房屋热负荷按 80 W/㎡进行设计，冷负荷按 100 W/㎡进行设计，要求日耗电量不高于 225 kWh（供暖费用按 30 元/㎡、电价 0.63 元/℃），其中光伏发电装机容量 15 kW，日发电量 35～45 kWh。 

版权为ehvacr.com

1.4  设计内容 

暖通-空调-在线

房屋供暖、制冷设计思路为利用地热源泵技术实施农村房屋冬季供暖（夏季制冷）；太阳能光伏发电设计思路为利用农村屋顶光伏发电技术上网售电降低供暖（夏季制冷）运行费用。根据项目的设计参数指标，供暖设备永源热泵选择型号为 YSSR—60AG/T2，主机制热功率 16 kW，主机制冷功率 11.5 kW，地源侧循环泵功率 2.2 kW，地源侧供水循环量 12.5 m3/h，末端侧循环泵功率 3 kW，末端侧供水循环量10.5 m3/h，补水泵功率 0.25 kW。光伏发电装机容量 14.6 kW（3 台逆变器），其中 SUNWAY M PLUS4300E 4 kW，SUNWAY M XS 3000TL 3.6 kW，SUNWAY M XS 6000TL 7 kW。  暖通空调在线

1.5  系统组成 

版权为ehvacr.com

太阳能-地源热泵房屋采暖复合节能项目主要由以下几部分组成：(1)主机热泵系统：用于室内热能、冷能供给；(2)工质传输系统：用于热、冷能媒介传输通道；(3)未端散热系统：由风机盘管和地采暖盘管组成，用于室内供暖、制冷作用；(4)媒介蓄能系统：由室内蓄水罐和埋地蓄能管组成，用于能量存储作用；(5)智能控制系统：由传感器、控制阀门、循环泵和控制终端组成。 

1.6  设计原理  Ehvacr

根据 1.4 设计内容中所选择的地源热泵的型号和参数以及 1.3 设计参数指标，同时考虑到本项目有供暖与制冷 2 种工作状态。  暖通-空调-在线

1.6.1  地源热泵房屋采暖过程 

(1)冷却水循环系统：在冷却泵(风机侧循环泵)的作用下，冷却水流经冷凝器，并在冷凝器吸热升温后(37℃)被送到终端风机盘管，待室内换热后(32℃)，再由冷却泵(机组侧循环泵)送到冷凝器，如此形成循环。 

(2)冷冻水循环系统：在冷冻泵(机组侧循环泵)的作用下，冷冻水流经蒸发器，并在蒸发器进行热交换，被吸热降温后(7℃)被送到热交换器，经过地源侧循环泵不断地把冷凉量带到地下，待与地能换热后(12℃)，再由冷冻泵(机组侧循环泵)送到蒸发器，形成闭合循环。1.6.2 地源热泵房屋制冷过程(1)冷冻水循环系统：在冷冻泵(风机侧循环泵)的作用下，冷冻水流经蒸发器，并在蒸发器进行热交换，被吸热降温后(7℃)被送到终端风机盘管，冷冻水吸收空调室内空气的热量升温后(12℃)，再由冷冻泵(风机侧循环泵)送到蒸发器，形成闭合循环。  暖通-空调-在线

1.6.2   地源热泵房屋制冷过程 

暖通百科

(1)冷却水循环系统：在冷却泵(机组侧循环泵)的作用下，冷却水流经冷凝器，并在冷凝器吸热升温后(37℃)被送到热交换器，经过地源侧循环泵不断地把热量带到地下，待与地能换热后(32℃)，再由冷却泵(机组侧循环泵)送到冷凝器，形成循环。  暖通在线

根据项目的这 2 种工作状态，对地源侧出水管和回水管，以及末端供水管和出水管采用 AB 阀与地源热泵相连。为了保证地源侧与末端侧的水压稳定，分别为地源侧、末端侧提供了定压罐和补水泵，这2 个补水系统共用 1 个补水箱。同时，为了监控这套系统的供暖(制冷)运行情况，在地源热泵末端安装了压力表和超声波热量计，对末端系统进行参数测量。  nuantongkongtiaozaixian

2  项目监控运行  暖通空调在线

供热系统自 2014 年 1 月 26 日正式运行，运行节能分 3 个阶段进行分析。 

Ehvacr

2.1  预热阶段  暖通空调zaixian

2014 年 1 月 26 日～2 月 1 日期间，供暖系统开始供暖(第 1 阶段)，由于房屋刚开始供暖，其墙体

均为冷墙，即热负荷较大，

2.2  均热阶段 

暖通在线

2014 年 2 月 1 日～2 月 18 日期间，供暖系统开始进入均衡供暖阶段(第 2 阶段)，即热负荷开始明显下降。 暖通百科

2.3  节能阶段  暖通-空调-在线

2014 年 2 月 18 日～3 月 10 日期间，供暖系统主机出水设置温度降低 2℃，进入节能模式(第 3 阶段)，即热负荷开始明显下降。

版权为ehvacr.com

3  项目运行结果分析 

暖通百科

2014 年 1 月 26 日～1 月 31 日，现场统计数据日用电量范围：243 kWh～229 kWh，由于供暖系统是刚开始运行，房屋墙体较冷，即房屋热负荷值在 61 W/h/m2～50 W/h/m2 范围，符合国家标准及设计标准。 

暖通空调在线

 2014 年 2 月 1 日～2 月 18 日，现场统计数据日用电量范围：220 kWh～202 kWh，屋内热负荷在48 W/h/m2～43 W/h/m2范围，进入均热阶段，测算日耗电在 210 kWh 左右，且房屋温度在 20 ℃～27 ℃不等。 

2014 年 2 月 18 日～3 月 10 日，开始调整主机出水温度设置为 33 ℃进入节能阶段，并对地下室机组管道做保温处理，则房屋整体温度下降 2 ℃左右，室内温度在 18 ℃～23 ℃，房屋耗能降低，热负荷在 41 W/h/m2～34 W/h/m2范围浮动，测算日耗电量 175 kWh 以内。  Ehvacr

4  结论  暖通空调zaixian

从数据统计可以看出，太阳能-地源热泵房屋采暖复合节能项目在进入第 3 阶段进行节能模式控制时，其热负荷值明显下降，且保持在 41 W/h/m2以下热负荷指标，系统整机热效比 COP 值在 2.7～3.2范围，压缩机热效比 COP 值大于 5，可见节能效果是显著的。 www.ehvacr.com