太阳能地埋管地源热泵的地板采暖及生活热水供应系统浅论.docx

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太阳能地埋管地源热泵的地板采暖及生活热水供应系统浅论

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公用工程设计

PublicUtilitiesDesign

【文章编号】1007-9467（201005-0079-03）

太阳能-地埋管地源热泵的地板采暖及生活热水供应系统浅论

余茂林（京兴国际工程管理公司,北京100089）■张宇，

【摘要】介绍了太阳能--地埋管地源热泵在严寒地区联合使用的地板辐射采暖系统以及在冬暖夏热地区并联使用的热水供应系统。

分别介绍了二个系统的组成、运行模式、运行规实践证明该套系统是成功的，达到因地制宜和节能则及特点。

的目的。

太阳能;地埋管地源热泵;地板采暖;热水系统;运行【关键词】模式、规则及特点【中图分类号】TU833.+1【文献标志码】B

1所示。

该系统主要由四个子系组成，分别为太阳能集热系统，热泵机组、地埋管换热系统和地板辐射供暖通过板式换热器供冷系统。

各子系统均为闭环系统，进行换热。

膨胀水箱P1

1太阳能-地埋管地源热泵地板辐射采暖

1.1太阳能-地埋管热泵供暖其优热性太阳能是一种清洁的可再生能源,取之不尽,用之不竭;地表浅层是一个巨大的太阳能集热器,收集了47%的太阳辐射到地球上的热量,因此,浅层地热能也是一种无限的、清洁的可再生能源。

太阳辐射受到昼夜和阴雨天气等因素影响,具有间歇性和不稳定性,单独利用太阳能进行供暖需要很大的集热器面积,而且需要庞大的蓄热装置或备用热源.太阳能-地埋管地源热泵系统是将太阳能和浅层地热能相结合利用的一种系统形式,既利用了这两种清洁可再生能源,又能克服各自的缺点,这是比较完美的系统相结合的一种典范。

1.2系统组成和运行模式1.2.1系统组成太阳能-地埋管地源热泵供暖系统原理图如图

太阳能集热器板式换热器

板式换热器

P2辐射地板

地埋管换热器

热泵

图1太阳能-地埋管地源热泵供暖系统原理图

1.2.2系统运行模式该系统的冬季运行模式有如下三种：

1）太阳能和地埋管地源热泵交替供暖———即白天晴天利用太阳能集热器收集的热量直接供暖，阴天和晚上采用地埋管地源热泵供暖。

这种运行模式的好处是直接利用太阳能供暖而不经过热泵，能节省一部份电能，而且省去了蓄热水箱，减少了初投资；同时地埋管换热器间歇运行，使土壤温度得到及时恢复，热泵供热系数较为稳定。

2）太阳能热泵和地埋管地源热泵交替供暖———即白天太阳能集热器的水温达不到供暖要求的水

79

公用工程设计

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温，所以通过热泵提升水温后再供暖。

3）同时利用两种热源的联合供暖———即同时利用太阳能集热水温经板换提高地埋管循环水温再通过热泵机组，水温达到要求后供热。

1.3系统供暖性能评价参数及实验结果

介绍的实验地点为我国严寒地区哈尔滨市，供暖实验时间为2007年12月5日开始，连续运行至

2008年4月15日，共132d。

其中2008年3月15日～4月15日为供暖末期，热泵停止运行，仅靠太阳能直接供暖。

供暖实验结果见下表1。

表1供暖实验结果

/dQ/GJW/GJ

/GJCOPP/%

从表1可以看出，系统供暖性能系数达到8以上，热泵性能系数达到4以上，所以此套系统节能效果显著。

而供暖保证率偏低，主要是实验建筑刚刚建室内无热源，便得室温上升缓慢采暖成，无人居住、实验前期达不到18℃标准而造成的。

1.4系统供暖运行实测结果评述

从太阳能直接供暖时地板供回水温度变化曲线

图中可知，地板供水温度变化较大，20℃~28℃之在从地埋管地源热泵运间变化，平均供水温度为24℃，

á?

?

?

?

效果。

暖特点恰恰与这种供暖模式相适合。

实险结果证明，将太阳能与地埋管地源热泵相结合，“取长补短”能,合理利用两种可再生能源，再与地板辐射供暖末端装置相结合，能取得显著的节能该系统不但可用于冬季供暖，也可用于夏季供

冷，不过应增设辅助热源（锅炉和辅助冷源）（电制冷机才可得到实际应用的保证。

）

2太阳能-地埋管地源热泵并联热水供应系

太阳能-地源热泵混合热水系统将地源热泵与

统

COP/GJ

13294.811.38.462.524.84.380

太阳能结合在一起，既可以克服热泵长期运行造成地下土壤温度的降低（或升高）给土壤温度场一个，恢复期，并且可以减小地埋管换热器的埋地深度和季节、日照时占地面积；又可以避免太阳能受天气、间以及昼夜变化的影响，实现连续供暖和供应生活热水。

2.1系统组成及运行规则此系统装置以广东工业大学某学生公寓为例，为384名学生提供生活热水，一天所需50℃的生活

（）该系统的原热水约18t按规范人均需热水45L计。

理图如下图2所示。

太阳能集热板

自来水循环泵太阳能水箱

供水箱

行时热泵机组冷凝器进出口水温（即地板回供水温）曲线图中可知，地板供水温度在20.7℃~23.3℃之间变化，平均供水温度为22℃，供回水温差为2℃~3℃。

测定期间室外实测温度在-30℃~-5℃之间变化，相应室内平均温度总体在16℃~21℃之间波动。

因此可以认为，对于严寒地区的节能建筑，当末端采用地板辐射供水时，地板供水温度较低也可以满足室内温度的设计要求，同时冷凝器的冷凝温度降低也将提高热泵的COP值。

由于两种供暖方式供水温度都偏低，如果末端采用的是普通的散热器或风机盘管等装置，都不能满足它们对热源温度的要求，也就不能使室温达到设计要求，但是对于地板辐射采暖系统，它的低温供

80

地埋管换热器

电磁阀板式换热器压缩机板式换热器循环泵

浴室

供水泵膨胀阀循环泵地热水箱浅层地表

图2太阳能-地源热泵并联热水系统原理图

系统运行规则设置如下：

由循环泵、太阳能集热板以及太阳能水箱组成的太阳能热水系统在白天（06：

00--18：

）00自动循环吸热。

凌晨01：

电磁阀打00开，太阳能水箱往地热水箱补水。

地热水箱中装有温度感应探头，感应温度若低于设定温度（50℃，）则启动地源热泵系统，对地热水箱中的水进行循环加热，

公用工程设计

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至设定温度后停机。

04：

启动太阳能补水阀00（原有系统）往太阳能水箱自动补自来水，，直至太阳能水箱高位水位开关响应（太阳能水箱补满）切断电磁，18：

启动供水泵，往楼顶的小阀。

00是学生用水时间，水箱补水，小水箱装有水位开关，可以根据水位开关的响应实现自动补水。

2.2并联系统热水供应冬季运行特性对于夏热冬暖地区以广州为例，冬季运行系统测试情况如下：

第一种情况，太阳能热水温升与当天太阳能辐射照量的关系，两个测试阶段平均每天太（d和（·）阳能辐射量分别为11.5MJ/m·）10.1MJ/m2d，

2

节，太阳能对系统热水温度提升的贡献较地源热泵系统的小，因此，此阶段宜采用太阳能为辅地源热泵为主的运行模式或完全采用地源热泵的运行模式。

2.4特点和结论太阳能热水系统在太阳辐射的量不足，环境温度较低的冬季无法满足生活热水的需求，而造成的太阳能-地源热泵并联热水系统不但在冬季可以满足学生公寓对生活热水的需求，而且系统的换热效属节能系统。

率平均值达4.0以上，在冬暖夏热地区，冬季运行时，由于地埋管换热因此地下循环冷器的冷水温度始终保持在0℃以上，水无需添加防冻剂。

通过测定地埋管换热器的单位长度热流量可达60W/m以上，冬季依然可以保证正常的热水供应，因此地源热泵系统在冬暖夏热地区的应用前景非常看好。

【参考文献】王潇，郑茂余，张文雍.严寒地区太阳能-地埋管地源热泵【1】

属于较低水平，使得太阳能热水系统在循环一天后（6：

00-18：

00）热水温升幅度保持在8℃～18℃，当时自来水温度为20℃左右，水温度达即热太阳能热水的温到28～38℃。

从实测结果看出，升幅度随太阳能辐射照量的增大而增大。

此种情况单靠太阳能量的热水温度满足不了学生浴室的要求。

第二种情况，白天平均气温和太阳能下水温变化关系的测定，其中太阳能下水温度指的是太00-18：

00）被加热阳能热水系统循环一天后（6：

水的温度。

经过两阶段的测定结果如下：

一阶段平均气温为22℃，太阳能下水温保持在35℃左右；二阶段平均气温为13℃，太阳能下水温保持在25℃左右。

可以看出，太阳能下水温变化与室温度变化基本一致。

从以上两种情况测定结果得出如下结论，在太阳能辐照量不足、环境温度较低的冬季，仅依靠太阳能无法把热水直接加热到50℃，无法达到生活热水的水温标准，不能直接提供给学生使用，因此需开启辅助加热系统。

2.3系统冬季最佳运行模式通过系统运行实测数据得出如下合理的运行模式，在晚秋和初冬时期，太阳能对系统热水温度的提升的贡献较地源热泵系统的大，因此，此阶段宜采用太阳能为主，地源热泵为辅的运行模式。

在深冬季

地板辐射供暖性能的实验研究。

暖通空调，2009，（7：

39）128-131.【2】王雁生，王成勇，胡映宁.太阳能+地源热泵并联热水系统冬季运行特性研究[J].暖通空调，2009，（9：

39）70-74.【3】王侃宏，李永，侯立泉.太阳能-土壤复合式地源热泵供暖2008，（2：

38）13-17.的实验研究[J].暖通空调，【4】王华军，赵军，沈亮.地源热泵系统长期运行特性的实验研究[J].华北电力大学报，2007，（2：

34）52-54.【5】陈文明，王成勇，王雁生,等.广州地区地源热泵热水系统的应用研究[J].节能，2008，（3：

27）55-57.【6】李助军.混合型地源热泵系统运行特性研究[D].南宁，广西大学，2006.【收稿日期】2010-03-05

作者简介

张宇（1951～，北京人，）男，高级工程师，国家注册监理工程师，从事工程项目管理工作工作。

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1本文由梦豆角贡献

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公用工程设计

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【文章编号】1007-9467（201005-0079-03）

太阳能-地埋管地源热泵的地板采暖及生活热水供应系统浅论

余茂林（京兴国际工程管理公司,北京100089）■张宇，

【摘要】介绍了太阳能--地埋管地源热泵在严寒地区联合使用的地板辐射采暖系统以及在冬暖夏热地区并联使用的热水供应系统。

分别介绍了二个系统的组成、运行模式、运行规实践证明该套系统是成功的，达到因地制宜和节能则及特点。

的目的。

太阳能;地埋管地源热泵;地板采暖;热水系统;运行【关键词】模式、规则及特点【中图分类号】TU833.+1【文献标志码】B

1所示。

该系统主要由四个子系组成，分别为太阳能集热系统，热泵机组、地埋管换热系统和地板辐射供暖通过板式换热器供冷系统。

各子系统均为闭环系统，进行换热。

膨胀水箱P1

1太阳能-地埋管地源热泵地板辐射采暖

1.1太阳能-地埋管热泵供暖其优热性太阳能是一种清洁的可再生能源,取之不尽,用之不竭;地表浅层是一个巨大的太阳能集热器,收集了47%的太阳辐射到地球上的热量,因此,浅层地热能也是一种无限的、清洁的可再生能源。

太阳辐射受到昼夜和阴雨天气等因素影响,具有间歇性和不稳定性,单独利用太阳能进行供暖需要很大的集热器面积,而且需要庞大的蓄热装置或备用热源.太阳能-地埋管地源热泵系统是将太阳能和浅层地热能相结合利用的一种系统形式,既利用了这两种清洁可再生能源,又能克服各自的缺点,这是比较完美的系统相结合的一种典范。

1.2系统组成和运行模式1.2.1系统组成太阳能-地埋管地源热泵供暖系统原理图如图

太阳能集热器板式换热器

板式换热器

P2辐射地板

地埋管换热器

热泵

图1太阳能-地埋管地源热泵供暖系统原理图

1.2.2系统运行模式该系统的冬季运行模式有如下三种：

1）太阳能和地埋管地源热泵交替供暖———即白天晴天利用太阳能集热器收集的热量直接供暖，阴天和晚上采用地埋管地源热泵供暖。

这种运行模式的好处是直接利用太阳能供暖而不经过热泵，能节省一部份电能，而且省去了蓄热水箱，减少了初投资；同时地埋管换热器间歇运行，使土壤温度得到及时恢复，热泵供热系数较为稳定。

2）太阳能热泵和地埋管地源热泵交替供暖———即白天太阳能集热器的水温达不到供暖要求的水

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温，所以通过热泵提升水温后再供暖。

3）同时利用两种热源的联合供暖———即同时利用太阳能集热水温经板换提高地埋管循环水温再通过热泵机组，水温达到要求后供热。

1.3系统供暖性能评价参数及实验结果

介绍的实验地点为我国严寒地区哈尔滨市，供暖实验时间为2007年12月5日开始，连续运行至

2008年4月15日，共132d。

其中2008年3月15日～4月15日为供暖末期，热泵停止运行，仅靠太阳能直接供暖。

供暖实验结果见下表1。

表1供暖实验结果

/dQ/GJW/GJ

/GJCOPP/%

从表1可以看出，系统供暖性能系数达到8以上，热泵性能系数达到4以上，所以此套系统节能效果显著。

而供暖保证率偏低，主要是实验建筑刚刚建室内无热源，便得室温上升缓慢采暖成，无人居住、实验前期达不到18℃标准而造成的。

1.4系统供暖运行实测结果评述

从太阳能直接供暖时地板供回水温度变化曲线

图中可知，地板供水温度变化较大，20℃~28℃之在从地埋管地源热泵运间变化，平均供水温度为24℃，

á?

?

?

?

效果。

暖特点恰恰与这种供暖模式相适合。

实险结果证明，将太阳能与地埋管地源热泵相结合，“取长补短”能,合理利用两种可再生能源，再与地板辐射供暖末端装置相结合，能取得显著的节能该系统不但可用于冬季供暖，也可用于夏季供

冷，不过应增设辅助热源（锅炉和辅助冷源）（电制冷机才可得到实际应用的保证。

）

2太阳能-地埋管地源热泵并联热水供应系

太阳能-地源热泵混合热水系统将地源热泵与

统

COP/GJ

13294.811.38.462.524.84.380

太阳能结合在一起，既可以克服热泵长期运行造成地下土壤温度的降低（或升高）给土壤温度场一个，恢复期，并且可以减小地埋管换热器的埋地深度和季节、日照时占地面积；又可以避免太阳能受天气、间以及昼夜变化的影响，实现连续供暖和供应生活热水。

2.1系统组成及运行规则此系统装置以广东工业大学某学生公寓为例，为384名学生提供生活热水，一天所需50℃的生活

（）该系统的原热水约18t按规范人均需热水45L计。

理图如下图2所示。

太阳能集热板

自来水循环泵太阳能水箱

供水箱

行时热泵机组冷凝器进出口水温（即地板回供水温）曲线图中可知，地板供水温度在20.7℃~23.3℃之间变化，平均供水温度为22℃，供回水温差为2℃~3℃。

测定期间室外实测温度在-30℃~-5℃之间变化，相应室内平均温度总体在16℃~21℃之间波动。

因此可以认为，对于严寒地区的节能建筑，当末端采用地板辐射供水时，地板供水温度较低也可以满足室内温度的设计要求，同时冷凝器的冷凝温度降低也将提高热泵的COP值。

由于两种供暖方式供水温度都偏低，如果末端采用的是普通的散热器或风机盘管等装置，都不能满足它们对热源温度的要求，也就不能使室温达到设计要求，但是对于地板辐射采暖系统，它的低温供

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地埋管换热器

电磁阀板式换热器压缩机板式换热器循环泵

浴室

供水泵膨胀阀循环泵地热水箱浅层地表

图2太阳能-地源热泵并联热水系统原理图

系统运行规则设置如下：

由循环泵、太阳能集热板以及太阳能水箱组成的太阳能热水系统在白天（06：

00--18：

）00自动循环吸热。

凌晨01：

电磁阀打00开，太阳能水箱往地热水箱补水。

地热水箱中装有温度感应探头，感应温度若低于设定温度（50℃，）则启动地源热泵系统，对地热水箱中的水进行循环加热，

公用工程设计

PublicUtilitiesDesign

至设定温度后停机。

04：

启动太阳能补水阀00（原有系统）往太阳能水箱自动补自来水，，直至太阳能水箱高位水位开关响应（太阳能水箱补满）切断电磁，18：

启动供水泵，往楼顶的小阀。

00是学生用水时间，水箱补水，小水箱装有水位开关，可以根据水位开关的响应实现自动补水。

2.2并联系统热水供应冬季运行特性对于夏热冬暖地区以广州为例，冬季运行系统测试情况如下：

第一种情况，太阳能热水温升与当天太阳能辐射照量的关系，两个测试阶段平均每天太（d和（·）阳能辐射量分别为11.5MJ/m·）10.1MJ/m2d，

2

节，太阳能对系统热水温度提升的贡献较地源热泵系统的小，因此，此阶段宜采用太阳能为辅地源热泵为主的运行模式或完全采用地源热泵的运行模式。

2.4特点和结论太阳能热水系统在太阳辐射的量不足，环境温度较低的冬季无法满足生活热水的需求，而造成的太阳能-地源热泵并联热水系统不但在冬季可以满足学生公寓对生活热水的需求，而且系统的换热效属节能系统。

率平均值达4.0以上，在冬暖夏热地区，冬季运行时，由于地埋管换热因此地下循环冷器的冷水温度始终保持在0℃以上，水无需添加防冻剂。

通过测定地埋管换热器的单位长度热流量可达60W/m以上，冬季依然可以保证正常的热水供应，因此地源热泵系统在冬暖夏热地区的应用前景非常看好。

【参考文献】王潇，郑茂余，张文雍.严寒地区太阳能-地埋管地源热泵【1】

属于较低水平，使得太阳能热水系统在循环一天后（6：

00-18：

00）热水温升幅度保持在8℃～18℃，当时自来水温度为20℃左右，水温度达即热太阳能热水的温到28～38℃。

从实测结果看出，升幅度随太阳能辐射照量的增大而增大。

此种情况单靠太阳能量的热水温度满足不了学生浴室的要求。

第二种情况，白天平均气温和太阳能下水温变化关系的测定，其中太阳能下水温度指的是太00-18：

00）被加热阳能热水系统循环一天后（6：

水的温度。

经过两阶段的测定结果如下：

一阶段平均气温为22℃，太阳能下水温保持在35℃左右；二阶段平均气温为13℃，太阳能下水温保持在25℃左右。

可以看出，太阳能下水温变化与室温度变化基本一致。

从以上两种情况测定结果得出如下结论，在太阳能辐照量不足、环境温度较低的冬季，仅依靠太阳能无法把热水直接加热到50℃，无法达到生活热水的水温标准，不能直接提供给学生使用，因此需开启辅助加热系统。

2.3系统冬季最佳运行模式通过系统运行实测数据得出如下合理的运行模式，在晚秋和初冬时期，太阳能对系统热水温度的提升的贡献较地源热泵系统的大，因此，此阶段宜采用太阳能为主，地源热泵为辅的运行模式。

在深冬季

地板辐射供暖性能的实验研究。

暖通空调，2009，（7：

39）128-131.【2】王雁生，王成勇，胡映宁.太阳能+地源热泵并联热水系统冬季运行特性研究[J].暖通空调，2009，（9：

39）70-74.【3】王侃宏，李永，侯立泉.太阳能-土壤复合式地源热泵供暖2008，（2：

38）13-17.的实验研究[J].暖通空调，【4】王华军，赵军，沈亮.地源热泵系统长期运行特性的实验研究[J].华北电力大学报，2007，（2：

34）52-54.【5】陈文明，王成勇，王雁生,等.广州地区地源热泵热水系统的应用研究[J].节能，2008，（3：

27）55-57.【6】李助军.混合型地源热泵系统运行特性研究[D].南宁，广西大学，2006.【收稿日期】2010-03-05

作者简介

张宇（1951～，北京人，）男，高级工程师，国家注册监理工程师，从事工程项目管理工作工作。

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建议您优先选择TXT，或下载源文件到本机查看。

公用工程设计

PublicUtilitiesDesign

【文章编号】1007-9467（201005-0079-03）

太阳能-地埋管地源热泵的地板采暖及生活热水供应系统浅论

余茂林（京兴国际工程管理公司,北京100089）■张宇，

【摘要】介绍了太阳能--地埋管地源热泵在严寒地区联合使用的地板辐射采暖系统以及在冬暖夏热地区并联使用的热水供应系统。

分别介绍了二个系统的组成、运行模式、运行规实践证明该套系统是成功的，达到因地制宜和节能则及特点。

的目的。

太阳能;地埋管地源热泵;地板采暖;热水系统;运行【关键词】模式、规则及特点【中图分类号】TU833.+1【文献标志码】B

1所示。

该系统主要由四个子系组成，分别为太阳能集热系统，热泵机组、地埋管换热系统和地板辐射供暖通过板式换热器供冷系统。

各子系统均为闭环系统，进行换热。

膨胀水箱P1

1太阳能-地埋管地源热泵地板辐射采暖

1.1太阳能-地埋管热泵供暖其优热性太阳能是一种清洁的可再生能源,取之不尽,用之不竭;地表浅层是一个巨大的太