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太阳能+地源热泵暖通空调新技术研究摘要：当前时期下，人们的环保意识以及节能意识得到了不断地增强和补偿，在去年提倡的“低碳环保”的口号，这就使得人们更能够感觉到我们赖以生存的地球上现在的资源是极其缺乏的。
那么，这就要求我们需要积极地开发新能源，这也是我们积极地研究方向。
对于暖通空调而言也是如此，我们需要加强对其新技术的探索和研究，要能够真正地以“低碳生活，绿色环保”为根本理念，积极地对新技术进行开发。
本文就是针对太阳能+地源热泵暖通空调创新技术进行简单地研究，首先是对太阳能及地源热泵进行简要地概述茫然和针对这个系统的创新性特点，指出太阳能+地源热泵暖通空调的设计。
关键词：太阳能；地源热泵；暖通空调；新技术0 引言地热换热器的吸放热不平衡现象在地源热泵空调系统中是普遍存在的。
如对北方寒冷地区而言，地热换热器冬季从大地提取的热量远大于夏季向大地释放的热量，而南方则反之。
地下温度场的变化，将造成地源热泵系统性能的下降。
复合低温源地源热泵系统作为解决冷热不平衡的有效方法已日益受到人们的广泛关注。
为了科学、有效可靠的应用这项技术，需要对该系统进行全面、深入的研究。
本文就是针对太阳能+地源热泵暖通空调创新技术进行简单地研究，首先是对太阳能及地源热泵进行简要地概述茫然和针对这个系统的创新性特点，指出太阳能+地源热泵暖通空调的设计。
1 太阳能+地源热泵概述上世纪90年代以来，欧美国家的科技工作者的联系更加密切，共同对地源热泵有关的环境问题开展了广泛和深入的研究。
1995年的国际地热学术会上，英国学者Curtis代表国际地热组织发表了一篇关于应用地源热泵系统的调查报告，其中总结性地结论为：1)地源热泵系统是世界能源市场的成熟技术之一，与现存的用电供热／制冷技术相比具有稳定性能好、可靠性高、花费更少的优势；2)地源热泵系统经济上与燃油和燃气锅炉不相上下；3)如果考虑到包括环境效益、能源保障和长期利用在内，地源热泵系统是最好、技术含量最高的替代产品。
太阳能系统与地源热泵系统联合运行方式的探讨作者：马庆瑞兰敬平来源：《中国新技术新产品》2009年第03期摘要：地源热泵技术是可再生能源应用的主要应用方向之一，即利用浅层地热能资源进行供热与空调，具有良好的节能与环境效益，近年来在国内得到了日益广泛的应用。
太阳能技术也是可再生能源应用的主要应用方向之一。
太阳能是永不枯竭的清洁能源，量大，资源丰富，绿色环保。
如果两种能源能够联合使用，这样能互相弥补自身的不足，提高资源利用率。
关键词：地源热泵；太阳能；供絷某工程，有3栋建筑，为了管理方便，将3栋建筑分为南、北两区。
南区建筑面积6625m2；北区建筑面积2835m2。
主要功能为办公和试验。
南、北两区均采用地源热泵系统、太阳能系统作为空调采暖系统的冷热源。
办公区域夏季采用风机盘管加新风系统；冬季，北区采用地面辐射采暖系统，南区采用风机盘管加新风系统；试验区域夏季不设空调，冬季采用辐射型散热器采暖系统，保证值班采暖温度。
设计工况下的负荷为：北区冬季热负荷110kW，夏季冷负荷55kW；南区冬季热负荷298kW，夏季冷负荷140kW。
1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。
2 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：并联运行模式与串联运行模式相比，存在以下弊端：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。
太阳能-地源热泵复合系统的性能分析及优化太阳能-地源热泵复合系统的性能分析及优化近年来，随着能源需求的不断增长和环境保护的迫切需求，太阳能和地源热泵等可再生能源技术受到了广泛关注。
太阳能和地源热泵可以相互结合，形成太阳能-地源热泵复合系统，为建筑提供热水供应和空调服务。
本文将对该复合系统的性能进行分析和优化。
首先，我们先来了解太阳能-地源热泵复合系统的工作原理。
该系统由太阳能热水器和地源热泵组成。
太阳能热水器通过太阳能热能的收集和转换，将热水供应给建筑。
当太阳能热水器无法满足热水需求时，地源热泵将参与工作。
地源热泵通过地下的地热能量，利用热泵工作原理将低温热能提升为高温热能，为建筑供应热水和空调。
通过对太阳能-地源热泵复合系统的性能进行分析，我们可以发现一些可以优化的问题。
首先，太阳能-地源热泵复合系统在不同环境条件下的性能有所差异。
例如，在寒冷的冬季，太阳能热水器的效果可能受到影响，需要增加地源热泵的使用量。
在这种情况下，可以考虑增加太阳能热水器的面积或者提升地源热泵的效能，以提高整个系统的性能。
其次，太阳能-地源热泵复合系统在热交换过程中的效率也是需要优化的一个方面。
在太阳能热水器中，太阳能的收集效率和转换效率直接影响热水供应的质量和数量。
因此，可以考虑使用更高效的太阳能热水器技术，如真空管太阳能热水器，以提高太阳能的利用率。
在地源热泵中，优化热泵的工作参数，如蒸发器的供热温度和冷凝器的供冷温度，可以提高热泵的效能，减少能量的浪费。
此外，对太阳能-地源热泵复合系统的运行管理也是优化的一个关键方面。
及时维护和保养太阳能热水器和地源热泵设备，定期清洗和检查热交换器，清理管道中的污染物等都是保持系统性能稳定的重要措施。
另外，采用智能控制系统，可以根据不同的需求，灵活调整整个系统的运行模式，达到最佳的能源利用效果。
综上所述，太阳能-地源热泵复合系统的性能分析和优化是实现可持续发展和节能减排的重要途径。
太阳能—地源热泵联合运行方式太阳能—地源热泵的联合运行方式研究摘要：介绍了太阳能-地源热泵联合运行系统，一种新型节能、环保的供暖（供冷）系统，并分别对不同的太阳能系统和地源热泵系统连接方式进行优缺点的分析，并具体给出了几种两个系统的联合运行方式。
我们当前正面临着巨大的能源挑战，提高能源的利用率，节能减排政策加快实施，新能源和可再生能源合理、有效的研发应用，将会是我们人类实现可持续发展的有效途径。
据不完全统计到2035年，世界对一次能源需求量将会上升36%，相当于使用167 t 石油[1]。
近年来，大多数国家都将重心转移到可再生能源和新能源的合理开发利用，这将是未来很长一段时间内一项重要的可持续发展战略[2]。
太阳能和地热能将会是人类历史中取之不尽用之不竭的新能源和可再生能源，对其合理、有效的利用将会是今后能源发展的一个重要方向.我国地域辽阔，年日照时间大于2000h的地区占全国面积的2/3，处于利用太阳能较有利的区域内[3]，但太阳能的利用还存在着一定的局限性，太阳辐射受昼夜、季节、海拔高度等自然条件的限制以及阴雨天气等随机因素的影响较大，存在着很大的不稳定性和间歇性。
因此若要长期单独只用太阳能作为热源运行系统，必须靠辅助热源才可以保证系统稳定运行。
"地源热泵"的概念，最早是在912 年由瑞士的专家提出[4]，它利用地下埋管换热器与大地进行热量交换，把大地作为低位热源和排热场所的热泵装置。
地源热泵在连续运行时会因埋地管在土壤中的连续取热或者放热而导致埋管周围土壤的温度的相对降低或者升高，从而引起热泵蒸发温度和冷凝温度的变化，系统的运行效率的降低；另一方面，土壤的导热系数比较小，换热强度弱，在相同的负荷情况下所需要的换热面积大，因此埋管用量多，占地面积大[5-7]。
太阳能和地源热泵系统单独应用时存在的缺陷最好的办法是结合使用两种能源，互相弥补自身不足，提高资源利用率。
本文主要是对太阳能和地源热泵联合运行方式的探究。
浅析太阳能热泵与地源热泵技术联合利用摘要：近些年，在人们生活水平提高下，对能源的需求量不断增加，其中，太阳能和地热能作为重要的清洁能源，可以为人类提供重要的能源来源，如何开发利用太阳能和地热能是人类面临的重要问题。
本文首先介绍了热泵技术的工作原理，然后阐述了太阳能热泵和地源热泵相关技术，最后结合某具体案例详细阐述了太阳能热泵与地源热泵技术联合利用情况。
以期本文的写作能够促进太阳能和地热能的开发利用，使之更好地为人类服务。
关键词：太阳能；地热能；热泵技术；联合利用引言能源供应的日趋紧张与节能环保观念的日益增强，引发人们去探索新能源的开发与利用。
人类对于再生性能源的需求因化石燃料日渐耗尽而增加。
太阳能和地热能的利用是个源源不绝的绝佳能源替代方案。
太阳能是地球上能源的最主要的来源，它是无公害的洁净能源，也是21世纪以后人类可期待的最有希望的能源。
太阳能是真正意义上的环保、可再生能源，加之能源丰富、分布相对均衡，不需要运输，不产生排放废物。
地热能属于《可再生能源法》规定的被鼓励开发利用的可再生能源之一，在我国能源发展战略中居重要地位。
地热能又分为浅层低温（＜25℃）地热能与深层（≥25℃）地热能。
浅层地热能是指蕴藏在地表以下一定深度（一般为200m）范围内的岩土体、地下水和地表水中，具有开发利用价值的热能，又称之为浅层地温能。
其实质是太阳辐射地表与地球内部产生的热向地表传递在地壳表层叠加后产生的一种热能资源。
太阳能－地源热泵技术是利用少量高品位的电能将太阳能集热器收集的低品位热能与浅层地温能提升加以利用的一种“绿色”技术。
1太阳能热泵技术太阳能作为一种潜力极大的可再生清洁能源，每天达到地球表面的太阳辐射能高达5.57×1018MJ。
太阳能利用技术与热泵技术之间的结合形式十分多样，可以根据实际情况选择不同模式和系统。
其中最典型的应用形式为太阳能辅助热泵，太阳能热泵通常是指利用太阳能作为蒸发器热源的热泵系统，与太阳光电或热能发电驱动的热泵机组有着本质区别。
太阳能辅助地源热泵系统运行策略研究太阳能辅助地源热泵系统旨在利用太阳能的能量来提高地源热泵系统的热效率，并减少对传统能源的依赖，同时降低对环境的污染。
在该系统中，太阳能光伏板通过吸收太阳能将其转化为电能，从而提供动力驱动地源热泵系统。
然而，面对不同的气候和环境条件，太阳能辅助地源热泵运行策略的优化是极其重要的。
本文将探讨太阳能辅助地源热泵系统的运行策略及其最佳实践，以提高其效率，降低成本和能源消耗量。
一、太阳能辅助地源热泵工作原理太阳能辅助地源热泵系统是由太阳能系统和地源热泵系统两部分组成。
太阳能系统由太阳能电池板、关于电池板的太阳能跟踪器、逆变器等组成，太阳能板吸收太阳辐射转化为直流电，通过逆变器转化为交流电供给地源热泵系统。
地源热泵系统由地热井、地热泵、地热回水和地面供水等组成。
在这里，太阳能板通过太阳能跟踪器不断跟踪太阳的位置，获取最大的太阳能量，并将其转化为电能，供给地源热泵系统运行。
在日常使用中，冷凝水通过热回收技术将其用作地下回水来提高其效率。
二、太阳能辅助地源热泵系统运行策略为了最大程度地利用太阳能辅助地源热泵系统的优势，制定适当的运行策略非常重要。
合适的运行策略可以提高系统的效率，减少能源消耗。
以下是一些关键的运行策略：1. 温度控制策略太阳能辅助地源热泵系统的有效温度范围非常重要。
因此，需要通过适当的温度控制策略来保持系统的温度在合适的范围内。
这包括制定适当的加热和降温策略来保持适宜的温度，从而保持系统的效益。
在夏季，系统应该始终保持制冷状态，以避免在高温环境下工作。
而在冬季，系统则应在低温时依靠辅助电加热，以避免出现冷霜现象。
2. 太阳能跟踪策略在合适的气候条件下，太阳能系统可以从太阳辐射中获得大量的能量。
然而，为了充分利用太阳能的能量，需要采取适当的太阳能跟踪策略来保持系统的最大接触面积。
这个策略包括确保太阳能电池板始终面向阳光，并且根据气候条件和太阳能读数数据动态调整太阳能板的倾斜角度和方向来实时获取最大的太阳能量并保证其正常运行。
1 引言随着经济发展和科技进步，能源和环境成为当今世界突出的两大社会问题。
人类社会目前消费的能源，包括建筑用能，主要是煤炭、石油和天然气等石化能源。
这些能源，资源有限，不可再生，终究要枯竭。
而且传统能源，像煤、石油等，会对环境造成严重的污染。
我国的能源消耗量大，利用率低，据统计20世纪80年代我国能源系统总的能源利用率只有30%，比国外先进水平低近20个百分点[1]。
而且随着生活水平的不断提高，人们对自己居住环境条件的舒适性要求越来越高，从而造成建筑能源的消耗不断增加，据统计建筑能耗已占社会总能耗的30%～50%，因此太阳能-地源热泵空调系统在建筑中的应用将成为能源利用可持续发展和节约能源的重要措施之一。
2 地源热泵空调系统2.1 地源热泵概述地源热泵(Ground—Source Heat Pumps)是一种利用地下浅层地热资源(包括地下水、土壤或地表水等)的，既可供热又可制冷的高效节能装置。
夏季制冷时，大地作为排热场所，把室内热量以及压缩机耗能通过埋地盘管排入大地中，再通过土壤的导热和土壤中水分的迁移把热量扩散出去。
冬季供热时，大地作为热泵机组的低温热源，通过埋地盘管获取土壤中热量为室内供热。
两个换热器都既可作冷凝器又可作蒸发器，只是因季节不同而功能不同。
可以看到，在地源热泵空调系统中，由于冬季从大地中取出的热量可在夏季得到补偿，因而可使大地热量基本平衡。
2.2 地源热泵空调系统研究现状地源热泵的历史可以追朔到1912年瑞士的一个专利，而地源热泵真正意义的商业应用也只有近十几年的历史。
在美国，截止1985年全国共有14,000台地源热泵，而2019年就安装了45，000台，到目前为止已安装了400，000台，而且每年以10%的速度稳步增长。
2019年美国商业建筑中地源热泵系统已占空调总量的19%[2]。
我国的地源热泵事业近几年已开始起步，而且发展势头看好。
天津大学、清华大学、哈工大及青岛建工学院等院校对地源热泵，尤其是土壤源热泵都进行了较为深入的研究工作，为土壤源热泵在我国的发展奠定了理论基础。
2.3 地源热泵空调系统的特点2.3.1 地源热泵空调系统的优点由于地源热泵空调系统采取了特殊的换热方式，使它具有空气源热泵所不可比拟的优点：(1)高效节能：由于地源温度常年维持恒定，而且冬季温度比环境空气温度高，夏季比环境空气温度低，再加上水的热容量大，热泵机组效率高。
据美国环保署EPA估算，设计安装良好的地源热泵，平均来说可以节约用户30～40%的供热制冷空调的运行费用;(2)环境效益显著：地源热泵系统在冬季供暖时，不需要锅炉或增加辅助加热器，而且地源热泵将冷量或热量排入大地中，对人类的生存环境不会造成破坏;(3)运行费用低：系统的高效率、压缩机的低功耗，带来了电费的大幅减少;(4)维护费用低：简单的系统组成使得地源热泵系统无需专人看管，也无需经常维护;(5)节省占地空间：由于地源热泵空调系统取热或散热均取决于地下盘管部分，地上部分并不影响美化绿化;而且不需要冷却塔和其它室外换热设备，改善了建筑物的外部形象;(6)冷热源选取范围广：可利用太阳能、土壤、地下水及地表水等资源，根据实际情况选取冷热源;(7)系统运行稳定可靠，一机多用：由于地能温度比较恒定，使得热泵机组运行更可靠、稳定，也保证了系统的高效性和经济性;并且地源热泵系统可一机多用，既可供暖、空调，还可供生活热水。
2.3.2 地源热泵空调系统存在的问题虽然目前地源热泵空调系统已逐渐应用于工程实际，但由于此系统技术还不完善，因此其本身还存在着一些有待于解决的问题：(1)设备容量问题：由于土壤的导热系数小，埋地换热器的面积会比较大，而各个地区由于具体条件的限制，单独依靠地源热泵空调系统无法满足设计要求;(2)初投资较大：地源热泵的初投资不仅包括传统空调系统所需的地面上管路和设备的投资，还包括埋地盘管投资、埋地盘管敷设投资等;(3)土壤温度场的恢复问题：随着地源热泵空调系统单独供热或供冷运行时间的延长，土壤内的温度场长期得不到恢复，系统将无法满足建筑物的冷、热负荷要求;尤其是对于冷热负荷相差很大的地区，从地下取热过多或向地下散热过多，常年运行将会对地下温度场产生影响;(4)维修不便：一旦埋地换热器发生泄漏，很难进行维修;(5)设计问题：由于目前对地源热泵地下换热器的传热模型还没有形成成熟的理论，各个研究机构对地下部分的传热机理依然处于探讨阶段，因此在对埋地盘管进行设计时主要依靠经验数据，而由于各个地区地质情况、地下温度的分布情况等各不相同，使得设计没有可靠的理论依据;(6)污染问题：地热资源主要包括地下水、土壤或地表水等，在利用上或多或少都会对其造成污染，尤其对地下水体的污染问题比较突出，且地下水体一旦污染，恢复周期比较长(根据不同地区、不同地质条件在停止污染后恢复期大约在1~2年以上)。
3 太阳能-地源热泵空调系统3.1 地源热泵空调系统引入太阳能作为辅助热源的必要性在我国北方地区，建筑物冬季热负荷较大，因此系统设计主要以热负荷为主。
若完全采用地源热泵来供暖的话，则地热换热器和机组的初投资均比较高，连续运行的效率也较低。
而在夏季运行时，机组的容量就过大，造成浪费。
而且由于这些地区冬季从大地取热多于夏季大地的蓄热，长期运行将造成大地温度降低，热泵系统的COP值也比较低，系统将无法满足设计要求，热泵的节能效果就体现不出来。
而采用太阳能作为辅助热源，使热泵系统可以按照夏季工况进行设计，由太阳能集热器承担一部分热负荷，这将大大降低地源部分的初投资。
3.2 太阳能作为辅助热源的可行性我国拥有丰富的太阳能资源(见表一)。
据统计，每年中国陆地接收的太阳辐射总量，相当于24000亿t标煤，全国总面积2/3地区年日照时间都超过2000h，特别是西北一些地区超过3000h，这就为在热泵系统中利用太阳能提供了宝贵的资源。
而且太阳能是取之不尽，用之不竭的一种绿色环保能源，不受任何人控制和垄断，它的利用也比较灵活，规模可大可小。
但是太阳能也有两个主要缺点：一是能流密度低;二是其强度受各种因素(季节、地点、气候等)的影响不能维持常量。
这两大缺点大大限制了太阳能的有效利用。
然而随着科学技术的不断进步，人们对太阳能的利用技术将不断成熟，从而逐渐使太阳能合理的应用于建筑物的供热供冷系统中，改善人类的居住环境，代替目前的一次石化能源而成为本世纪的重要能源之一。
我国太阳能资源分布表1类型地区年日照时数(h)接受的太阳能(kcal/cm2.年)相当标准煤量(kg/m2.年)1宁夏北部、甘肃北部、新疆东南部、青海西部、西藏西部2800～3300160～240225～3352河北西北部、山西北部、内蒙古、宁夏南部、甘肃中部、青海东部、西藏东南部、新疆南部3000～3200140～160200～2253山东、河南、河北东南部、山西南部、新疆北部、吉林、辽宁、云南、陕西北部、甘肃东南部、广东南部、福建南部、江苏北部、安徽北部、台湾、北京、天津2200～3000120～140170～2004湖南、广西、江西、浙江、湖北、福建北部、广东北部、陕西南部、江苏南部、安徽南部、黑龙江、上海1400～2200100～120140～1705四川、贵州1000～140080～100115～1403.3 太阳能-地源热泵空调系统的运行方式太阳能作为辅助热源，与地源热泵联合运行时，主要有两种运行方式：串联与并联方式。
(1)串联系统：在此系统中，太阳能集热器采集的热量储存在蓄热水箱中，水箱中的热水通过换热，用于提升进入蒸发器入口的介质的温度，从而提供整个系统的COP值。
(2)并联系统：此系统是将太阳能供热系统和地源热泵系统交替使用。
当太阳能集热器的温度较高，可以将集热器的热量转移到地下贮存，这样即可使土壤温度场得以较快的恢复，又可提高集热效率;当太阳能供热系统不能满足建筑物需求(阴天或夜间)，则可采用地源热泵系统供热。
3.4 太阳能-地源热泵空调系统的特性太阳能与地源热泵系统联合运行，具有很大的灵活性，弥补了单独热源热泵的不足。
一年四季可以利用，提高了装置的利用系数。
太阳能的总量虽然很大，但其能流密度较低，如果单独采用太阳能供暖系统，势必造成采集热量所需的集热器面积较大;同时由于太阳辐射强度随着季节、早晚、昼夜有规律地变化，因此太阳能利用还存在着间歇性及不稳定性的问题，这些问题都可通过与地源热泵系统的联合运行得到解决。
太阳能-地源热泵空调系统具有以下优点：自平衡多级泵http://zipingheng(1)采用太阳能集热器辅助热源供热时，机组的蒸发温度提高，使得热泵压缩机的耗电量减少，节省运行费用;(2)在夏季夜间运行时太阳能集热器可作为辅助散热设备，从而减少了夏季向地下的排热量，使地温在数年内保持稳定，以保证机组在高效率下运行;(3)在冬季运行时由于蒸发温度提高，使得用户侧出水或空气出口温度上升，舒适性提高;(4)在系统设计时，使地源热泵系统可以按照夏季工况进行设计，从而减小了地下换热器的容量，减少了地源热泵地下部分的投资。
3.5 太阳能-地源热泵空调系统有待解决的问题目前太阳能-地源热泵空调系统在应用上还存在着一些问题：(1)国内外对太阳能—地源热泵系统的研究都比较少，对此系统运行的可靠性及太阳能与地源的最佳耦合方式还没有形成成熟的理论;(2)太阳的能源密度、土壤的热流率低，因此需要的换热器及太阳能集热器的面积大，应用受建筑物的环境条件及建筑物的负荷量大小的限制;(3)太阳能一地源热泵系统的研究还没有形成一套完整的理论体系，应用基础数据不足，还不能为太阳能—地源热泵的应用提供充足的理论依据。
4 结论由以上分析可知，太阳能资源丰富、清洁无污染，既属于一次能源又属于可再生能源，虽然其能源密度低、能量供应具随机性和间歇性，使太阳能的利用受到一定的限制，但随着技术条件的不断进步，将逐渐解决目前太阳能-地源热泵空调系统所存在的一些问题，使其理论不断得到完善，从而太阳能将作为辅助热源应用在空调、制冷、供暖等各方面，具有广阔的发展前景。
而我国处于利用太阳能较有利的区域内，只要具有一定的技术水平和必要的资金投入就可以自由利用。
因此采用太阳能-地源热泵技术不仅会极大的减少我国石化能源的消费量，使我国的能源结构得到优化，实现可持续发展计划;而且将是解决我国能源和环境问题的重要措施之一，将会成为21世纪暖通行业的主流方向。
5 参考文献[1] 任有中.能源工程管理。
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