北京地区居住建筑太阳能与地埋管热泵系统供热综合应

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1、北京地区居住建筑太阳能与地埋管热泵系统供热综合应用分析中国建筑科学研究院空调所李忠摘要本文针对北京地区居住建筑的具体情况和要求，在常规太阳能热水系统和地埋管热泵系统的基础上，提出了用于居住建筑供热的太阳能与地埋管热泵系统供热综合应用系统，并对系统流程与控制策略进行了分析，给出了该系统的使用条件和范围。本文为该系统的推广和应用提供了基础，有利于进一步在建筑中推进可再生能源技术的应用。关键词：北京居住建筑太阳能地埋管热泵供热一、绪论随着国际能源形势的日趋紧张以及传统能源燃烧排放物带来的种种问题，大量传统能源

2、的使用对北京等城市的经济和环境都造成了巨大负担。以太阳能和浅层地热能为代表的可再生能源建筑应用技术受到了越来越受到重视，利用太阳能和地热能来为建筑提供采暖和生活热水以节约大量化石能源成为当前业界关注的一个热点问题。为有效降低作为建筑能耗中主要部分的建筑采暖能耗，“北京市“十一五”时期建筑节能发展规划”中提出，到2010年，全市建筑的单位面积平均采暖能耗要降低17%。其中住宅建筑采暖平均能耗降低23%，公共建筑采暖能耗降低14.5%。为达到以上目标，2010年前，除要将北京市全市供热系统热效率平均提高10

3、%，实际平均能耗降低10%以上外，全市还将计划建成采用太阳能进行供热的建筑100万平方米，建成采用地热源、污水源等可再生能源进行供热的建筑1500万平方米，可再生能源在建筑供热、空调和照明利用率达到建筑总能耗的4%以上。但是，太阳能和浅层地热能利用技术都具有自身的特点和局限性，使其适用性受到了相当限制。为扩大可再生能源技术在建筑中的应用范围，本文尝试将以上两项技术结合起来，形成适用性更广的综合应用供热系统，并提出了相关的系统流程和控制策略。二、太阳能与地埋管热泵系统供热综合系统的提出1、北京地区居住建筑

4、冷热负荷特点在实行了节能65％的节能设计要求后，即使在北京这样的寒冷地区，住宅的单位面积供暖设计负荷也明显下降，远远小于单位面积空调设计负荷。但是，由于住宅供暖系统是连续工作；而住宅空调系统使用周期较短，是间歇和局部运行，即使在同一户住宅中同时使用系数也较小，对整个建筑来说，系统空调的同时使用系数也较其他类型的建筑为低，户数越多，系数越小，低负荷运行占据了主要时段。因此，对整栋居住建筑而言，其供暖和制冷负荷是基本相当的。相对来说，住宅建筑的热水负荷相对全年较稳定，一般没有较大波动。4北京市地方标准《居住

5、建筑节能设计标准》条文解释中提到，住宅空调耗能量一般为建筑耗能量的15%左右，如果考虑到生活热水等其他供热负荷，则北京地区居住建筑全年供热能耗要比空调能耗多出3-4倍还要多。因此，在北京地区实施住宅节能首要的是解决供热节能问题，如果能用可再生能源解决住宅建筑的供热问题，将极大地减少住宅建筑的常规能源消耗量。2、太阳能系统与地埋管热泵系统的应用分析（1）太阳能供热系统的应用分析太阳能供热系统在居住建筑中应用的问题主要集中在如何解决系统造价较高，需要寻找合适的可靠辅助热源和如何利用非采暖季所收集的太阳得热这

6、三个方面。目前太阳能供热系统的辅助热源通常使用电和燃气等常规能源，在建筑全年消耗的热量中常规能源往往还要占掉40-90%，因此有必要探讨利用其他可靠的可再生能源作为辅助热源，从而提高可再生能源在建筑能耗中的比例的可行性。如果建筑中设有太阳能制冷系统，则非采暖季所收集的太阳得热可以很方便地消耗掉。但太阳能制冷系统现阶段尚不具备商业化能力。采用季节蓄热的也是一种办法，但造价较高，有时还需要采用热泵等方式二次提升使用。如果不采用以上措施在非采暖季用热，则非采暖季的太阳能只有浪费掉，而且防止系统过热也是一个技术

7、难题。（2）地埋管热泵系统的应用分析地埋管热泵系统在北京地区部分高档居住建筑中已得到越来越多的应用。但其应用除了场地和地质条件的限制外，由于北京地区居住建筑全年供热能耗要比空调能耗高出3-4倍还要多，居住建筑中普遍存在的冷热量不均衡——地埋管系统制冷时排入土壤的热量远远低于制热时需要从土壤中吸取的热量，如果在非采暖季没有其他热量补充到土壤中，系统使用过程中供热能力将逐年衰减，直至运行状况严重恶化。3、太阳能与地埋管热泵综合供热系统的提出本文提出的太阳能与地埋管热泵综合供热系统实质上可看作是以地埋管热泵系

8、统作为辅助热源的太阳能供热系统。在采暖季，优先使用更经济的太阳能供热，太阳能不足时采用地埋管热泵系统作为补充；在过渡季利用季节蓄热的手段，将太阳能系统采集的热量回灌到备用的地埋管管井中，供冬季热泵供热时取用，以提高热泵系统效率，并避免地埋管所在区域土壤冷热量不均的现象发生。三、综合供热系统的系统流程、控制与特点1、综合供热系统的系统流程图1给出了太阳能与地埋管热泵综合供热系统的系统流程图，系统可同时具备供应生活热水、采暖和空调的功能。太阳能