1、淺談太陽能-地熱源熱泵系統及其應用中石油（北京）科技開發有限公司102206; 2.北京中煙信息技術有限公司100055 3北京許繼電氣有限公司100085）摘要：可再生能源利用技術成熟，利用方式多樣化，但太陽能、地熱能 等具有自身的缺點。木文對太陽能地熱源熱泵聯合系統應用于建筑行業進行了 分析，聯合系統可以實現優缺點互補，提高系統的可靠性和經濟性，考慮建筑負 荷特點，合理設計聯合系統和運行控制，可對社會產生一定的經濟和環境保護效 益，具有良好的引用前景。關鍵詞：可再牛能源；地熱能；太陽能1. 引言隨著牛活水平的提高，人類對居住條件的要求越來越高，建筑能耗因此 不斷增加，其中建筑供熱及冷量的能

2、耗較突擊，所以建筑節能成為國家政府節能 減排的關注焦點。按照新規范中節能標準對建筑能耗進行計算可發現，發達國家 建筑能耗僅是我國建筑能耗的35%50%o通過調查顯示，目前我國既有建筑中 約90%未達到國家節能標準要求，而正在施工的建筑中住宅和商用部分約80%為 達到節能標準要求。因此，我國建筑能耗相對較大，造成能源浪費和環境污 染等問題。比如，我國北部區域，冬季供暖以燃煤鍋爐供暖為主，鍋爐燃燒后的 產物造成嚴重的環境問題，現在經常發牛的霧霾天氣與供暖燃煤有較大的關系。由于能源緊缺及環境問題的突出，可再生能源（如太陽能、地熱能、風 能和朝夕能等）的利用越來越普及，h技術成熟。但是可再牛能源的利用

3、受到多 方面因素的影響，利用形式不盡相同，如風能主要以發電為主，太陽能熱水系統 在建筑和工業中廣泛應用，地熱供暖技術相對成熟。熱泵是地熱供暖技術利用的一種形式，是高效利用低品位可再牛能源的 一種方式，實現低品位能源轉化為高品位能源，具有節能、環保和能效比高等優 點，因此熱泵系統在建筑及工業中得到快速發展和應用。熱泵系統的熱源可以來 自周邊的空氣、河水、污水、地表（下）水等的熱量。熱泵系統主要由壓縮機、 冷凝器、蒸發器和膨脹閥構成，根據實際應用系統設計的不同，還輔助有水泵風 扇、儲液罐水箱、過濾器、電子膨脹閥和電子自動控制器等設備。由于熱泵系統 具有優越的穩定性、可靠性和費用低等優點；在經濟性方

4、面，地熱源熱泵系統與 鍋爐系統相差較小，如果考慮環境保護、能源利用等方面因素，則地熱源熱泵系 統具有一定的優越性，因此在歐美發達國家及中國發展中國家，地源熱泵系統用 于建筑物的供能（主要供熱、制冷）已經非常普遍且技術成熟。太陽能作為清潔的取之不盡用之不竭的可再生能源，具有分布廣泛，無 污染、廉價應用等優點。太陽能的利用從直接利用到間接利用，太陽能熱水器解 決寒冷冬季易凍裂等難題，在太陽能的利用效率、安全性、經濟性等方面得到大 幅提升。如熱管式真空管集熱器綜合了真空技術、熱管技術等多種技術，實現了 太陽能集熱器全年安全運行，提高了工作溫度、系統可靠性等性能，可在各種建 筑樓頂安裝使用，具有方便使

5、用、費用低、節能和環保等優點，特別適用于太陽 能熱水系統，在中國的農村和山區中得到廣泛的應用。2. 太陽能熱泵聯合循環系統地熱源熱泵系統是現代社會中成熟的可再生能源應用技術之一，與傳統 空調系統的區別在于：地熱源熱泵系統增加了地熱能換熱器設備，目前地熱能換 熱器主要為地下埋管形式（水平式和垂直式），因此系統所增加的初投資主要為 地熱換熱器的設備投資，所以地熱換熱器的設計肓接影響地源熱泵系統的初投資 和系統的經濟性。采用地熱能系統供能可替代部分電能或鍋爐負荷，對電網具有 削峰填谷的作用，可同時實現熱水、供暖和供冷一體化，提高能源利用率。但是地熱源熱泵供暖系統具有系統本身的缺點：由于地熱源系統的熱

6、量（冬季供暖）或/冷量（夏季制冷）來自土壤，埋管換熱器與土壤的換熱過程中， 受到土壤的水分、氣體等的影響及土壤本身導熱性能差等特點，系統的能效比會 降低；同吋，從土壤中不斷吸取能量，由于突然的導熱性較差，導致周圍土壤含 有的能量降低且得不到及時的補充，從而影響系統的能效和經濟性。太陽能作為來自地球外的輻射能，為取之不盡用之不竭的清潔能源，但 是太陽能有自身的缺點：（1）能流密度相對低，即在單位吋間內太陽能投射到單 位面積上的能量相對較少，因此不適合收集利用；（2）由于自然條件（不同緯度、 季節、晝夜、區域和天氣）的差異，不同區域的太陽能差別較大，具有不穩定不 連續的特點。因此太陽能在利用方面存

7、在一定難點，在使用過程中存在較大難度。 但是隨著國內外研究的不斷創新，各類太陽能集熱器不斷克服各種問題，取得了 重大突破和得到廣泛的應用。如平板式太陽能集熱器，實現產業化生成，可承壓 較大的壓力，吸熱效率高，安全可靠，安裝要求低和方便使用，實現了太陽能與 建筑供能一體化。通過地熱能熱泵與太陽能的優缺點互補，實現能源的安全高效利用，是 可再生能源利用的方向之一，提高了可再生能源利用的價值。在建筑行業供暖中， 以太陽能集熱器供暖為主，在受到吋差或天氣因素影響太陽能供暖的吋間段，太 陽能供暖不能滿足建筑負荷需求時，采用地熱能熱泵系統輔助供暖的方式，可以 提高太陽能與地熱能的利用效率和提高系統的經濟性

8、。在建筑制冷吋，以地熱能 為冷源，太陽能為熱源的供能方式提高了系統的效率。在過渡季節，建筑冷熱負 荷需求較少時，將太陽能的熱量轉移到地下土壤中，可快速補充地熱能的損耗和 實現土壤蓄熱的目的，實現地熱源熱泵系統高效穩定運行。利用地源熱泵與太陽能聯合系統優勢互補，增加了系統的效率和可靠性, 產生了一定的經濟和社會效益，因此聯合系統的研究受到國內外學者的關注。在 我國和歐美國家都實施了多項供熱系統的示范工程，特別是在住宅、辦公和大型 酒店公寓中得到非常廣泛的應用。21世紀是能源影響社會發展的時代，地熱源 熱泵太陽能聯合系統得到了快速的發展和應用。國內許多研究機構也投入人量 的時間和經費對系統的可靠性

9、、經濟性等進行了研究。如山東建筑大學是國內對 地下埋管空調系統進展研究和示范工程最早的國內研究單位之一2,天津商學 院進行地熱源熱泵太陽能聯合系統的實驗研究，哈爾濱工業人學針對寒冷地 區氣候特點，對地熱源熱泵太陽能聯合系統從系統效率、經濟性等多參數對系 統在運行工況時間分配、土壤溫度分布、熱泵運行能效比、太陽能利用率等進行 研究與優化，得到系統運行經濟性、太陽能保證率、運行吋間等最優化指標； 青島理工大學以青島某地區實際運行系統進行研究和模擬計算，得到聯合系統的 效率比地熱源系統高10%左右，表明聯合系統可實現良好的節能效果和社會經濟 效益。3. 結論熱泵系統作為可再生能源高效利用技術之一，具有節能減排和環保優勢; 太陽能集熱器解決了太陽能能量密度低的缺點，使得太陽能利用迅速普及。在建 筑及工業中將地熱源熱泵系統與太陽能聯合系統的應用，可以實現優缺點互補， 提高系統運行效率和經濟性，因此得到國內外研究人員的關注。按照建筑物的實 際負荷特點和需求，合理設計聯合系統，在系統初投資及運行控