严寒地区多源互补清洁供热系统研究现状及展望

为了解决严寒地区供热结构单一及远离城市集中供热的建筑供暖问题,实现热泵及太阳能清洁能源的推广应用,对近年来严寒地区清洁供热系统的研究与应用进行总结,分析目前存在的主要问题。在研究总结空气源热泵、土壤源热泵、太阳能集热器及多热源联合运行方案及节能效益的基础上,探讨严寒地区多源互补供热系统的构建基本思想,为今后该地区热泵与太阳能供热系统设计和应用提供参考。     

太阳能辅助地源热泵联合供暖(制冷)运行模式分析

太阳能和地源热泵联合供暖系统以其良好的节能和环保特性,近年来得到国内外众多学者和研究机构的广泛关注。总结了国内外地源热泵和太阳能集热器联合供暖（制冷）技术的发展现状和最新研究动态,介绍了太阳能辅助地源热泵联合供暖（制冷）的技术和特点,指出太阳能辅助地源热泵供暖（制冷）技术具有较好的发展前景。     

严寒地区太阳能-地源热泵与热网互补供暖运行方式研究

文章研究了严寒地区由太阳能-地源热泵与热网组成的互补供暖系统,在串联和并联两种运行方式下的性能情况。文章构建了两种运行方式下互补供暖系统的仿真模型,对该系统各部件进行了选型设计,对系统性能进行了仿真模拟并进行了经济性分析。结果表明:串联运行方式下互补供暖系统中地埋管换热器与土壤之间的最大换热效率比并联运行方式高19.8%,且串联运行方式下二者之间的换热总量要比并联运行方式高出9.44%;两种运行方式下埋管进出口水温均有下降;运行5 a后,并联运行方式下互补供暖系统的运行费用较串联运行方式下互补供暖系统略高,但从系统供暖能效及土壤温度的受扰动情况来看,并联式系统比串联式系统更具优势。     

太阳能—土壤源热泵联合供暖系统的运行模式研究

建立太阳能—土壤源热泵联合供暖系统的一体化模型,通过与实验数据对比,所建模型与实验数据吻合较好。以大连地区的气候条件为基础,分别对联合供暖系统在不同的串联运行模式和同一并联运行模式下不同分流比例的运行工况进行模拟。结果表明,并联运行模式下分流比例为0.8时,太阳能—土壤源热泵联合供暖系统的地温恢复和系统节能效果较好。     

太阳能辅助地源热泵系统运行模式研究

利用Trnsys软件建立了太阳能辅助地源热泵系统仿真模型,通过试验验证了模型的准确性。试验结果显示,地源侧循环水先流经地埋管后经过集热器的串联模式是复合系统的最佳连接方案,COP值可达到4.56,比单一热泵系统提高了8.83%。基于最优模式,进一步研究太阳能集热器面积和地埋管换热器长度对复合系统的影响表明,在联合供暖工况下太阳能集热器面积每增加1 m2,可以减少换热器地埋管长度4.09 m。     

非成像聚光太阳能集热器供暖应用研究

基于非成像聚光集热器的太阳能供暖系统相比于传统的供暖系统具有突出的优势,非成像聚光集热器集三种常见集热器(平板型、真空管、聚光集热器)优点于一身。文中详细介绍了非成像聚光太阳能集热器的运行原理及特点,并对其性能进行了测试分析,该集热器的时间常数为450 s,最大瞬时效率为59. 31%。同时结合典型的工程应用案例对非成像聚光太阳能集热器+电辅热及非成像聚光太阳能集热器+空气源热泵供热系统分别进行了分析和总结。     

北方农村中小学供暖方案选择

分析农村中小学供暖现状,提出几种适用于北方农村中小学的太阳能与辅助热源一体化供暖系统形式.以济南农村某小学为例,对太阳能与碳晶电热板复合供暖系统、太阳能与空气源热泵复合供暖系统、太阳能与地源热泵复合供暖系统及太阳能与沼气燃气锅炉复合供暖系统4种供暖方案的能耗、系统造价和系统运行费用进行研究.研究结果表明:对于该小学来说,太阳能与空气源热泵复合供暖系统长期运行较经济.     

基于TRNSYS的严寒地区土壤源热泵系统性能研究

研究严寒地区土壤源热泵系统的运行特性,旨在提高土壤源热泵系统运行效率,保证土壤源热泵系统持续高效稳定的运行。利用TRNSYS软件搭建土壤源热泵系统模型,对土壤源热泵系统进行了30年的运行分析,分析影响系统热平衡的主要因素,并研究埋管间距、埋管深度等因素对土壤温度变化的影响。结果表明,在严寒地区,建筑累计负荷是影响系统热平衡的主要因素,当建筑累计热负荷与建筑累计冷负荷达到一定比值时,系统将达到热平衡状态。钻孔间距、钻孔深度对土壤温度变化有一定影响,增大钻孔间距、增加钻孔深度可以减少土壤温度变化幅度。     

基于TRNSYS的北方农村地区多能源互补系统优化设计

长期以来,我国北方严寒地区农宅的采暖方式普遍存在热效率低、污染严重等问题.本文以石家庄西北部山区典型农村住宅为研究对象,综合考虑太阳能储能、生物质能及空气源热泵,提出了一种适用于农村散户的多能互补供暖系统,基于TRNSYS/GenOpt软件对供暖系统进行数值研究,并以年运行费用为优化目标,对系统运行控制逻辑进行优化设计.结果 表明:生物质-太阳能系统与空气源热泵系统之间能够形成有效的互补,当临界切换温度设定为-3℃时,相较于空气源热泵系统,多能互补供暖系统能够降低农宅取暖费用约21％,整个供暖季生物质能贡献率约为17％.     

太阳能-土壤源热泵耦合系统及其地埋管系统

建立了太阳能-土壤源热泵耦合型热水系统实验平台,研究了在秋冬季不同运行条件下该系统的运行特性,分析了地下埋管系统中钻孔回填材料、U型管工作模式、套管内循环液流动模式、套管外管与内管的导热系数比等对系统制热效果的影响。研究表明,太阳能土壤源热泵系统在国内亚热带地区可以获得良好的应用,并给出了埋地换热器的合理形式。     

Performance of combined solar-heat pump systems

A comparative study of the performance of combined solar heat pump systems for residential space and domestic hot water heating has been undertaken. Simulations have been made with TRNSYS[1] of three basic combined configurations, as well as conventional solar and conventional heat pump systems, in two different climates, Madison, Wisconsin, and Albuquerque, New Mexico.The three combined systems are the series system in which the solar storage is used as the source for the heat pump, the parallel system in which ambient air is used as the source for the heat pump, and the dual source system in which the storage or ambient is used as the source depending on which source yields the lowest work input. The influence of collector area, number of glazings, main storage volume to collector area ratio, and heat pump coefficient of performance were determined.The results indicate that the parallel combined system is probably the most practical solar-heat pump configuration. The thermal performance at a given collector area is consistently superior to both the series or the dual source systems over the heating season. Costs and the extent to which summer cooling is a requirement determine the relative merit of the conventional heat pump, conventional heat pump, conventional solar, and parallel systems.     

太阳能与空气源热泵复合式供暖系统在西安地区的应用特性分析及评价

以西安地区的某个房间为研究对象,采用TRNSYS软件针对该房间分别应用太阳能集热系统、空气源热泵系统及太阳能与空气源热泵复合式供暖系统进行供暖时的情况进行了分析。首先,建立了太阳能与空气源热泵复合式供暖系统的仿真模型,并对其正确性进行了实验验证;其次,对比分析了在3种运行模式下各个系统的运行特性;最后,以系统能耗及能效比(COP)等参数为指标,对太阳能与空气源热泵复合式供暖系统的性能进行了评价。结果表明:在整个供暖期内,太阳能与空气源热泵复合式供暖系统的总能耗为284.61kWh,其中,空气源热泵消耗的电能为264.10kWh;该复合式供暖系统的太阳能保证率为30.71%,平均COPc-sys为3.04,比单独采用空气源热泵系统进行供暖时的平均COPhp-sys提高了0.33,这表明太阳能与空气源热泵复合式供暖系统在西安地区具有较好的节能优势。这一研究结果为太阳能与空气源热泵复合式供暖系统在西安地区的应用及优化奠定了理论基础,对其推广应用具有重要意义。     

复合热源太阳能热泵供热系统及其性能模拟

提出了一种复合热源太阳能热泵供热系统,通过阀门切换,可根据不同的天气状况改变运行模式,以空气和太阳辐射作为热源制取供暖用水。针对所设计的10kW供热系统,建立了系统的数学模型,对热泵串联集热器(SC+HP)及集热器串联热泵(H+SC)两种运行模式下的循环性能进行了计算机模拟分析,并计算了系统的全年运行状况。从模拟结果可以看出,在模拟进水温度区间内,HP+SC模式下热泵COP较高,最高比SC+HP模式高2.58%;而SC+HP模式集热器热性能较好,总热效率更高,最高比HP+SC模式高2.62%。     

基于PVT集热/蒸发器的补气增焓热泵性能分析

传统直膨式太阳能辅助热泵系统在低温环境适应性欠佳,影响其在寒冷地区使用,通过采用补气增焓技术可以有效提高其低温条件下的供热能力。以所提出的采用PVT集热/蒸发器的补气增焓热泵系统为研究对象,计算分析环境条件、太阳辐射强度、注入蒸汽质量流量对该热泵系统性能的影响。研究结果表明： 当环境温度为-10℃,太阳照强度为500 W/m²时,性能系数（COP）可达4.3,比使用补气增焓（VI）循环的空气源热泵（ASHP）系统高63.6%。以当量热价（LCOH）作为指标与其他3种供热系统进行比较,所提出的系统经济性也具有一定的优势,可为补气增焓热泵系统在寒冷气候地区的应用提供新思路。     

太阳能蒸发面板为辅助热源的空气源热泵系统的分析

在传统太阳能热泵基础上,提出中间安装有制冷剂蒸发管的太阳能为辅助热源的空气源热泵,能够解决夏季制冷、冬季采暖和全年热水供应问题,同时在寒冷高湿地区也可以除霜。节能经济性可观。     

光伏/光热-地源热泵联合供热系统运行性能研究

为解决太阳电池的发电效率随温度升高而下降以及地源热泵系统供热引起的土壤热失衡问题,以典型居住建筑的光伏/光热-地源热泵（PV/T-GSHP）联合供热系统为研究对象,基于TRNSYS软件,采用土壤温度、地源热泵机组季节能效比、光伏发电效率和太阳能保证率为评价指标,对该联合供热系统进行运行性能分析。研究结果表明：夏热冬冷地区（以长沙为例）太阳能保证率相对较高,PV/T组件面积为满屋顶最大化安装（900 m²）时,第20年末土壤温度相比初始地温仅升高0.8 ℃,热泵机组季节能效比约为5.1,太阳能保证率为97.0%~98.7%;不同气候地区的太阳能保证率与PV/T组件面积和建筑全年累计供热量有关,通过定义单位建筑全年累计供热量PV/T组件面积指标,得到中国不同气候地区的太阳能保证率与该指标的耦合关系,回归方程的决定系数R²为0.983,得出在已知建筑全年累计供热量和太阳保证率设计目标值的条件下所需PV/T组件面积的计算方法。PV/T-GSHP联合供热系统的全年运行能耗显著小于平板太阳能集热器-地源热泵联合系统（最小降幅为沈阳,49.7%）,远小于空气源热泵（最小降幅为石家庄,79.8%）和燃气壁挂炉（最小降幅为沈阳,65.1%）。     

A solar pond-assisted heat pump for greenhouses

A solar pond for annual cycle solar energy collection and storage was studied at The Ohio Agricultural Research and Development Center (OARDC), Wooster. It has been used as a thermal energy source for greenhouse heating. A brine-source electric-power-driven heat pump was incorporated into the heat extraction system. Initial results of the field studies indicated that the combined system improved the effectiveness of both the heat pump and the solar pond by enabling a larger temperature cycle within the solar pond.

To study the operation of such a system, a computer simulation model for the heating system was developed. The results of simulations were used to establish a relationship between the system performance and the present design and for sizing the solar energy collection and storage system. Also, the effect of a polystyrene pellet nighttime insulation for the greenhouse was simulated. Increasing the surface area of the OARDC pond was found to be less effective than changing its depth. Thr results showed that a 5 m deep pond with 1.0 m gradient zone significantly improved the overall performance of the system when used as a heat source for a heat pump. Based on the detailed experimental and computer simulation performance analysis, the solar pond-assisted heat pump system has the potential of improved performance compared with convential air source heat pumps.     

复合地源热泵系统冬季供暖运行实验研究

介绍了地源热泵在冬季运行供暖的实验研究,具体分析了长期连续运行时土壤温度的变化规律,热泵机组系统的COP变化情况,以及太阳能辅助系统与地源热泵系统联合运行时土壤温度的变化规律,热泵机组系统的COP变化情况.试验数据表明了增加太阳能辅助地源热泵系统后,显著地提高了冷凝器出口温度和室内温度,有效地提高了热负荷,增加了供热面积.总结出了本地区地源热泵系统的一般运行规律.     

建筑节能新方向:太阳能光伏-地源热泵系统

减少我国冬季采暖所造成的大气污染,降低供暖系统的能耗,节约能源一直是建筑节能追求的目标.目前太阳能光伏发电已经成为人类利用太阳能的最主要方式之一,地源热泵已被作为一项旨在解决建筑冷热源问题的新技术,日渐受到人们的重视.将光伏转换与热泵循环有机结合在一起,从而形成了太阳能光伏-地源热泵系统.该系统提高了光电转换和光热吸收效率,光电/光热综合利用,极大地提高了单位面积太阳辐照的利用效率,同时可提高热泵系统在寒冷地区运行的适用性;利用光电效应把太阳能中高能带区域的光能直接转化成电能,可大大提高太阳能的可用能效率;在增加能量储存装置和逆变器的条件下,可以使系统脱离公用电网运行,从而增加了系统的适用性和灵活性;与普通的空气源热泵相比,太阳能地源热泵具有较高的热性能,具有一机多用的功效;与建筑物相结合的太阳能热泵系统,可以增加建筑物的隔热效果,起到减少建筑物冷暖负荷的作用,同时可极大地减少环境污染.     

大型太阳能空调/热泵系统

详细介绍了位于北京天普集团工业园区的太阳能空调,热泵系统。该系统主要由太阳能集热器阵列、溴化锂制冷机、热泵、控制系统等几部分组成。系统以太阳能为主,热泵为辅,可以完全满足新能源示范大楼全年的空调、采暖及生活热水的需要。介绍了系统的技术参数及部分运行数据,分析了系统的特点及运行状况。