太阳能—地源热泵联合运行方式
太阳能地源热泵联合供热水系统TRNSYS模拟与研究
太阳能地源热泵联合供热水系统TRNSYS模拟与研究李淋;徐青山;蒋菱;霍现旭;李国栋【摘要】地源热泵长期运行从土壤中取热,导致地埋管换热器附近土壤温度持续性降低,会降低系统运行效率直至系统崩溃.为解决这一问题,以天津地区某高校学生公寓供应生活热水工程为例,建立太阳能地源热泵联合供热水系统.利用TRNSYS软件搭建仿真模型,从系统换热量、性能系数、太阳能集热效率的数据结果证明系统的可行性;对系统中各用电设备的月总用电量、年用电量进行数值分析,验证系统的经济性;研究第一年每月和10a内土壤平均温度和热不平衡率的变化情况,证明系统的可持续性和稳定性.仿真结果表明,通过将太阳能与地源热泵联合起来供应高校生活热水,可以有效解决地埋管附近土壤温度持续性降低的问题,验证了所建立系统的正确性及有效性.%Ground-source heat pump system takes heat from the soil,causing the temperature of soil which near the buried pipe heat exchanger to get lower and lower,and even leading to the collapse of the system.To solve the problem,according to the hot water system project of student apartment in Beijing,a solar-ground source heat pump system model is established.Then Carrying out a simulation study of the system based on TRNSYS program is to verify the correctness of the model:firstly computes the amount of heat exchange,the coefficient of performance(COP)of system and the coefficient of solar collector to prove the feasibility of the system;then analyses the monthly and annual electricity consumption of all equipment to verify the economy;finally studies the soil temperature and the ratio of the soil heat imbalance to analyze the sustainability and stability of the system.Study case shows thatit can solve the persistent reduction of soil temperature by combining the solar energy and ground-source heat pump together to supply hot water.The result confirms correctness and validity of the proposed model.【期刊名称】《电网与清洁能源》【年(卷),期】2017(033)009【总页数】7页(P124-130)【关键词】太阳能;地源热泵;TRNSYS;可行性;经济性;可持续性【作者】李淋;徐青山;蒋菱;霍现旭;李国栋【作者单位】东南大学电气工程学院,江苏南京210096;东南大学电气工程学院,江苏南京210096;国网天津市电力公司电力科学研究院,天津300392;国网天津市电力公司电力科学研究院,天津300392;国网天津市电力公司电力科学研究院,天津300392【正文语种】中文【中图分类】TU83随着社会的快速发展和人民生活质量的提高，稳定的生活热水供应成为一项必备的建筑设施。
供热工程中的热源配置方案
供热工程中的热源配置方案1. 热源种类热源的种类主要包括传统燃煤锅炉、燃气锅炉、生物质锅炉、地源热泵、太阳能热水器等。
每种热源都有其自身的特点和适用范围。
传统燃煤锅炉具有热效率高、运行成本低的优点，但同时也伴随着排放污染物和对环境的损害。
燃气锅炉燃烧清洁，但燃气价格波动大。
生物质锅炉使用生物质能源，环保性能高，但对原料要求高.地源热泵和太阳能热水器属于清洁能源，但投资成本较高。
在实际的热源配置方案中，需要综合考虑各种因素，选择最适合的热源种类。
2. 热源容量热源的容量大小需要根据实际的供热需求来确定。
一般来说，热源的容量越大，供热范围越广，但也会伴随着更高的投资和运行成本。
在配置热源容量时，需要综合考虑用户的供热需求、建筑的保温性能、气候条件等多个因素，以确定最合适的热源容量。
3. 热源布局热源的布局对供热系统的运行效率有着重要的影响。
合理的热源布局可以减少能源损耗，提高系统稳定性。
在热源配置方案中，需要考虑如何最大化地利用各种能源，并将热源布局在建筑群的中心位置，以缩短输送距离，减少能量损失。
4. 热源运行模式根据实际的供热需求和能源特点，可以选择不同的热源运行模式。
常见的热源运行模式包括常规运行模式、蓄热运行模式、联合供热运行模式等。
不同的热源运行模式有着不同的特点和适用范围，需要根据实际情况来选择最适合的模式。
综上所述，供热工程中的热源配置方案需要从多个角度来进行考虑和设计。
在配置热源时，需要综合考虑能源特点、环保性能、运行成本等多个因素，以确定最合适的热源种类、容量、布局和运行模式，从而确保供热系统的高效运行和用户的舒适体验。
东北地区太阳能与浅层地热能联合供暖分析
长春地区太阳辐射 月平均值
１ ２ ３ ４ ５ ６ ７ ８ ９ １ １ １ ０ １ ２
变现有 的供 暖 方式 ， 用 绿 色 新 能 源 为建 筑 物 供 使
暖 。地 源 热泵 系统 是利 用 大地 浅层 土壤低 温地 热 能 （ １￣ 为 建 筑 物冬 季 供 暖 、 季 制 冷 ， 可 约 ０Ｃ） 夏 并 提供生 活 热 水 的一 种 可 再 生 的 绿 色 能源 供 暖 系 统 。太 阳 能作为 一 种可再 生 能 源 ， 源丰 富 ， 地 资ห้องสมุดไป่ตู้是
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２０ ０８年第 ６ （ 期 总第 １６期 ） ２
应 用能 源技 术
４ ３
东北地 区太 阳能与浅层地热 能联合供暖分析
王海 亮 ， 大 军 。 友 宏 赵 孙
（ 吉林 大 学建设 工程 学 院 ，３０ １ １０６ ）
摘 要： 通过 对 长春 地 区太 阳能 、 浅层 地 热 能 资源 的分 析 ， 技 术性 、 济性 等 方 面对 太 阳 从 经 能 与浅层 地 热能联 合 供 暖 系统进 行分 析研 究 。 关键 词 ： 阳能 ； 太 浅层 地 热能 ； 能供 暖 零 中图分 类 号 ：Ｕ ３ ． ． Ｔ ８２ １７ 文 献标 识码 ： 文章编 号 ：０ ９—３３ （０ ８ ０ —０ ４ —０ Ｂ １０ ２Ｏ ２ ０ ）６ ０ ３ ２
０ 引 言
长 春地 区供 暖 期 长 （ ７ １４天 ） 供 暖 方 式 以燃 ，
于 夏季 的 ５６７ ８ 份 的太 阳辐射 量 明 显高 于其 ．、 、 月 它 月份 。
表１
月份
煤 锅炉 为 主 ， 境 污染 严 重 ， 生 的 烟 灰 、 环 产 氧化 物 等有 害物 质对环 境 和气 候 的影 响严重 。化石 能 源
七种城市采暖方式
七种城市采暖方式随着城市化进程的加快，城市采暖方式也在不断发展和创新。
在寒冷的冬季，城市居民需要采取有效的供暖方式来保持舒适和健康。
本文将介绍七种常见的城市采暖方式，包括居民采暖、集中供热、地源热泵、太阳能采暖、冷热电联供、燃气采暖和生物质能源。
1. 居民采暖居民采暖方式是指每户居民自行负责采暖设备和能源的供应。
这种方式适用于小规模的住宅区，居民可以根据自己的需求选择燃气暖气、电暖器、石油散热器等。
然而，这种方式需要居民自行购买和维护采暖设备，存在能源浪费和安全隐患的问题。
2. 集中供热集中供热方式是指通过热力站将热能从生产地传输到用户处，再通过热交换器将热能传递给用户。
这种方式适用于大规模的居民区和商业区，能够提供稳定的供暖服务。
集中供热方式具有高效节能、环境友好的特点，但是由于输送距离限制，存在能源损耗和热损失的问题。
3. 地源热泵地源热泵是一种利用地下土壤或水源的地热能来供暖的方式。
它通过地热能回收和转换，实现室内温度的调节。
地源热泵具有高效节能、环境友好的特点，但是需要进行地下集热器的安装和维护，成本较高。
4. 太阳能采暖太阳能采暖是指利用太阳能热能直接或间接供暖的方式。
直接太阳能采暖是通过集热器将太阳能转化为热能，间接太阳能采暖是通过太阳能热泵或光伏发电供热。
太阳能采暖具有清洁、可再生的特点，但是受天气和季节的限制，存在供暖不稳定的问题。
5. 冷热电联供冷热电联供是指将电力、热力和冷力集成供应的方式。
通过燃料电池或余热利用等技术，实现电力、热力和冷力的高效互补利用。
冷热电联供具有综合能效高、环境污染少的特点，但是设备安装和运维成本较高。
6. 燃气采暖燃气采暖是指利用燃气燃烧产生热能进行供暖的方式。
燃气采暖具有高效快捷、能源利用率高的优点，但是燃气价格波动和燃气设施的安全问题需要引起重视。
7. 生物质能源生物质能源采暖是指利用农林废弃物、秸秆等生物质燃料进行供暖的方式。
生物质能源具有可再生、环保的特点，可以有效替代传统的化石燃料。
西北地区空调节能技术探讨
西北地区空调节能技术探讨 摘要:随着21世纪的到来,我国建筑业持续发展,对建筑节能的要求越来越高。在新时期,我国建筑业飞速发展起来,同时也对建筑节能问题提出更高要求。本文就主要针对西北地区空调节能技术的相关问题进行简单的探讨。
关键词:西北地区 空调节能 节能技术 节能方案 以世界各国的一次能源消费状况来看,集中在工业耗能、交通耗能与建筑耗能三大领域;在发达国家中,建筑能耗约为总体能耗的30%～50%,我国的建筑能耗占总能耗的10%以上,发达地区达到了20%～30%,因此,具有超前的意识,重点解决好建筑节能中的基础研究问题、关键技术问题,做好技术储备,是至关重要的。本文所探讨的主要问题就是结合我国西北地区的自然条件及现有的技术手段,为我国西北地区的空调节能寻找一个较为合理的解决方案。以下将对几种可行性研究方案进行深入探讨。
方案一。 地热源泵是以水或者是防冻液等中间介质作为热载体的,将大地作为冷源、热源,保证中间介质在封闭的塑料管内通过大地循环流动,进而实现与大地的热量交换,最终实现对建筑空调的节能。研究表明,地下10米深处的温度等于该地区的全面平均气温,并且不会随着季节的变化而变化。这样,就保证了地源热泵的制热性能系数较高和恒定的蒸发和冷凝温度,为地源热泵的运行提供稳定的环境。一般来说,地源热泵分为以下几种。
(1)地下水源热泵。一般而言,该系统是以地下水作为热源,具有明显的优势,即效率高、性能系数高,一般在3～4.5,并且避免了结霜问题的出现。
(2)地表水源热泵。该系统的热源是池塘、湖泊或河溪中的地表水。可以考虑利用这些自然水体作为热泵的低温热源。
(3)土壤热源热泵。该系统是利用地下岩土中热量的闭路循环的地源热泵系统。它通过循环液(水或以水为主要成分的防冻液)在封闭的地下埋管中流动,实现系统与大地之间的传热。该系统在结构上的特点是有一个由地下埋管组成的地埋管换热器,其设置形式主要有水平埋管和竖直埋管两种。
太阳能——土壤源热泵空调系统研究
ｍｅ ｈ ｄ ｆｔ ｅ ｓ ｌ ｒｅ ｅｇ ｅ ｔｃ ｌ ｃｏ ｎ ｈ ｅ ｔ ｅ ｍａ —ｏ ｒ ｅｈ ａ ｕ ｅｅ ｐ ｅ ｅ ｔ ｄ Ｂａ ｉｇ ｔ ｏ ｓｏ ｏ ａ ｎ ｒ ｙ ｈ ａ ｏ ｌ ｔ ｒａ ｄ ｔ ｅｇ ｏ ｈ ｒ ｌｓ ｕ ｃ ｅ ｔｐ ｍｐ ｗ ｒ ｒ ｓ ｎ ｅ ． ｓｎ ｈ ｅ
ห้องสมุดไป่ตู้
摘 要 ：提 出了太 阳能一土壤源热泵空调系统的概念 ，研究 了该系统的工作原理 。对地源热泵和热管式太阳能集
热 器的热 力 计算 方法进 行 了理论 分析 ：结合工 程实 例 ，介绍 了太 阳 能地 源热 泵空调 系 统 的设 计 思路和 运行 方式 。
关键 词 ：太阳能：地源热泵 ：空调 中 图分 类号 ：Ｔ ｌ Ｋ５ ｌ 文 献 标 识 码 ：Ａ
０ 前 言
能源危 机和环境 污染 的 日益加剧 ，采用 新型、环保 、可再生 能源替代 常规能源 的领域将不 断拓 宽。太 阳能 以其取 之不尽 ，安全 、无污 染等特 点受 到人们 的重视 。太 阳能受环境等 因素影 响较大 ，
热 流 密 度 低 ， 导致 各 种 形 式 的 太 阳能 直接 利 用 系 统 在 应 用 上 受 到 一 定 的 限制 …。 人 们 不 断 探 索 其 它 能 源 和 太 阳 能 联 合 运 行 的 方 式 ， 以 解 决 太 阳 能 热 利 用 中 的 上 述 缺 点 ，热 泵 技 术 在 此 过 程 中受 到 相 当 的重 视 。 热 泵 是通 过 消 耗 一 定 量 的 电 能把 热 能 从 低 温 热 源 输 送 到 高 温 热 源 的 设 备 ，根 据 热 源 不 同 ，可 分 为 空 气 源 、水 源 、土 壤 源 等 形 式 的热 泵 。
农村地区“太阳能+空气源热泵”采暖系统案例分析
太阳能+Solar energy +摘要：本文以保定农村地区“太阳能+空气源热泵”采暖系统示范点为案例，介绍一种将太阳能技术和空气能技术有机结合在一起、利用空气源热泵与之联合运行、辅助供暖的采暖技术实施方案。
系统分析了其设计方案、技术参数、经济效益、技术优势等特点，为北方农村推广“太阳能+空气源热泵”采暖提供了参考。
关键词：农村；太阳能；空气源热泵；采暖1 前言目前，我国北方地区清洁采暖比例较低，特别是部分农村地区冬季大量使用散烧煤采暖，污染物排放量大，已成为我国北方地区冬季雾霾的重要原因之一。
《北方地区冬季清洁采暖规划（2017-2021年）》明确提出：“农村地区应优先利用地热、生物质、太阳能等多种清洁能源供暖，有条件的发展天然气或电供暖，适当利用集中供暖延伸覆盖。
2019年，清洁采暖率达到20%以上；2021年，清洁采暖率达到40%以上”[1]。
在诸多采暖方式中，太阳能采暖技术是最为绿色、清洁的采暖方式。
太阳能采暖系统是指以太阳能作为供暖系统的热源，利用太阳能集热器将太阳能辐射能转换成热能，供给建筑物冬季供暖和全年其他用热的系统。
在我国北方农村地区大力推广太阳能采暖系统成为优选。
但是太阳能受昼夜、季节、纬度和海拔高度等自然条件限制和阴雨天气等随机因素影响较大，而且太阳能热流密度低，因此若要实现较高的采暖保证率，所需太阳能集热面积及储热容量均较大。
结合农村居住建筑的实际需求和经济条件，从控制成本、便于推广的角度来看，太阳能与其他可再生能源相结合，是降低采暖系统生命周期费用的有效途径。
[2-4]本文以保定某地“太阳能+空气源热泵”采暖系统试点为案例，对其系统设计、运行效益、技术特点等进行了研究分析。
2 项目概况河北省印发了《河北省农村地区太阳能取暖试点实施方案》，并确定石家庄市、阜平县要先行试点示范。
“太阳能+空气源热泵”采暖系统试点位于河北省保定市阜平县某农村居民住宅。
阜平县气候为大陆性季风气候，暖温带半湿润地区，冬季寒冷、干燥、少雪，年均气温为12.6℃。
绿色建筑中的可再生能源利用研究
绿色建筑中的可再生能源利用研究在当今社会，随着环境问题的日益严峻和能源危机的不断加剧，绿色建筑理念逐渐深入人心。
绿色建筑旨在通过合理的设计、施工和运营，最大限度地减少对环境的负面影响，并提高能源利用效率。
其中，可再生能源的利用成为了绿色建筑发展的关键环节。
可再生能源，顾名思义，是指在自然界中可以不断再生、永续利用的能源，如太阳能、风能、水能、生物能等。
与传统的化石能源相比，可再生能源具有清洁、低碳、可持续等显著优点。
将可再生能源应用于绿色建筑中，不仅能够满足建筑的能源需求，降低对传统能源的依赖，还能减少温室气体排放，为应对全球气候变化做出贡献。
一、太阳能在绿色建筑中的应用太阳能是最为常见和广泛利用的可再生能源之一。
在绿色建筑中，太阳能的应用主要包括太阳能光伏发电和太阳能热水系统。
太阳能光伏发电是利用太阳能电池板将光能直接转化为电能。
在建筑屋顶、外墙等部位安装光伏板，可以为建筑提供部分甚至全部的电力需求。
例如，一些大型商业建筑和工业园区的屋顶往往被充分利用，安装大规模的光伏阵列，实现自发自用、余电上网。
此外，光伏板还可以与建筑的外观设计相结合，形成独特的建筑造型，不仅具有实用价值，还能提升建筑的美观度。
太阳能热水系统则是通过太阳能集热器收集太阳能，将水加热后供建筑内的生活热水使用。
这种系统在住宅建筑中应用较为广泛，尤其是在日照充足的地区。
通过合理的设计和安装，可以大大降低建筑对传统能源制取热水的依赖，节省能源费用。
然而，太阳能的利用也存在一些局限性。
例如，太阳能的供应受到天气和季节的影响，具有不稳定性和间歇性。
为了克服这一问题，通常需要配备储能设备或与其他能源系统相结合，以确保能源的稳定供应。
二、风能在绿色建筑中的应用风能是另一种潜力巨大的可再生能源。
在绿色建筑中，小型风力发电装置可以为建筑提供一定的电力补充。
小型风力发电机通常安装在建筑的屋顶或高处，以获取更好的风能资源。
但与太阳能相比，风能的利用受到地理和气候条件的限制更为明显。
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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。
1.系统结构和联合运行原理
太阳能-地源热泵系统如图1所示。本文主要研究的是供暖季下
该系统的联合运行模式。
2.系统联合运行模式
太阳能-地源热泵系统联合运行有三种不同的运行模式：一、串
联模式；二、并联模式；三、蓄热模式。
运行模式一：实现太阳能-地源热泵系统联合运行模式一的控制
方式是：1、3、15、16、7、8、、9、10、11、12、13、14和水泵P1、
P2开启，其他阀门和水泵关闭。可见，该模式中地埋管换热器和太
阳能集热器的耦合方式为串联，载热循环流体先流经地埋管后进入太
阳能集热器，然后再进入热泵机组蒸发器。夜间或阴天情况下集热器
关闭，循环流体出地埋管后经集热器的旁通直接进入热泵机组蒸发
器。
运行模式二：实现太阳能-地源热泵系统联合运行模式二的系统
控制方式是：阀门1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、
14、和水泵P1、P2开启，其他阀门和水泵关闭。该模式中地埋管换
热器和太阳能集热器的耦合方式为并联。夜间或阴天集热器关闭，此
时运行模式变为土壤源热泵单独运行。该模式需要定义循环流体分别
流经地埋管换热器和太阳能集热器的流量比例，为了方便研究，定义
了五中代表比例：e=0.1、e=0.15、e=0.2、e=0.5、e=0.75，其中e
定义为流经U型垂直地埋管的的循环流体的流量与循环流体总流量
之比。
运行模式三：实现太阳能-地源热泵系统联合运行模式三的控制
方式是：白天，阀门1、3、4、5、14、水泵P1开启实现地源热泵单
独供暖：阀门9、10、12、17、18、水泵P3开启实现太阳能-蓄热水
箱联合运行蓄热；其他阀门和水泵关闭：夜间，阀门1、3、15、16、
7、8、17、11、18、13、14和水泵P1、P2开启实现地埋管换热器和
蓄热水箱串联运行，其他阀门和水泵关闭。可见该模式包含了白天和
夜间的两种工况，白天单独运行土壤源热泵供暖，同时利用太阳能集
热器加热蓄热水箱；夜间关闭集热器，若此时蓄热水箱内蓄热水平均
水温高于地埋管换热器出口温度时，串联地埋管和蓄热水箱进行供
暖。
3. 结 论
太阳能-地源热泵系统与建筑制冷供热的结合，是一种性能良好、
经济可行且无污染的技术。而不同的耦合运行方式具有不同的优缺
点，需针对不同季节的工况特点和需要实现的功能来选择。太阳能-
地源热泵虽然由于技术条件和经济条件等方面受到制约，运用还不是
很广泛，但在现在乃至将来都具有无限的潜力，具有广阔的发展前景。
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