新技术应用

非传统太阳能在有生活热水的地源热泵系统中的创新应用

技术领域

在北方干旱多日照地区利用太阳能真空集热管进行采集太阳能的热量，太阳能采集的热量向地源热泵系统中生活热水箱进行排放；当生活热水箱满足热量需求时向地源热泵系统中经地埋管向地下进行散热，使浅层地温进行提升，以达到节约电能之目的。

背景技术

目前，我国比较成熟的太阳能的开发应用主要有太阳能光伏发电系统和太阳能热水系统，普通住宅和居民楼应用太阳能热水系统较为普遍，在公共建筑体系太阳能不能满足大面积区域性的集中提供生活热水已成为常识，地源热泵系统在公共建筑中以其高效节能、清洁环保、运行简单、技术成熟、使用安全、寿命长等优势被广泛应用，太阳能作为可再生能源充分利用太阳能结合地源热泵系统能够有效的节约电能，节约运行费用，提供系统的运行COP。

参考《地源热泵系统工程技术规范》GB50366-2009

《民用建筑太阳能热水系统应用技术标准》GB50364-2018

技术实施内容

一、系统概况：

本套地源热泵系统为“一机三用”：供暖、制冷、全年生活热水，其中生活热水采用地源热泵热回收功能和太阳能真空集热管提取热量，满足生活热水的使用需求。当太阳能满足生活热水热量需求，有富余的热量可以向地源热泵系统中经地埋管向地下进行散热。

二、季节模式划分：

全年划分为夏季模式、冬季模式、过渡季节模式（即春季和秋季）。

1、夏季模式：

地源热泵系统：地源热泵主机蒸发器对应空调侧，地源热泵主机冷凝器对应地源侧；

生活热水、太阳能系统：太阳能系统优先满足生活热水需求，太阳能有富裕，补充地埋管温度；生活热水不足时，由地源热泵机组进行制取生活热水。

2、冬季模式：

地源热泵系统：地源热泵主机蒸发器对应地源侧，地源热泵主机冷凝器对应空调侧；

生活热水、太阳能系统：太阳能系统优先满足生活热水需求，太阳能有富裕，补充供暖；生活热水不足时，由地源热泵机组进行制取生活热水。

3、过渡季节模式：

地源热泵系统：地源热泵主机蒸发器对应地源侧，地源热泵主机冷凝器对应生活热水加热。

生活热水、太阳能系统：太阳能系统优先满足生活热水需求，太阳能有富裕，补充地埋管温度；生活热水不足时，由地源热泵机组进行制取生活热水。

太阳能系统创新应用详述：

太阳能安装在室外屋顶处分别在进水侧和出水侧安装了温度传感器（如图1所示），11/12/13板式换热器分别在进水侧和出水侧安装了温度传感器，实现的控制功能分别为生活热水加热控制、太阳能系统放热、太阳能系统防冻控制、太阳能系统防炸控制。

三、太阳能系统应用控制工艺流程图

1、生活热水加热控制：

根据水泵运行时间，优先开启运行时间短的设备。

2、太阳能系统放热（优先放热至生活热水箱）

3、太阳能系统防冻控制

4、太阳能系统防炸控制

四、太阳能系统实现的功能

1、太阳能对生活热水箱提供热量；

2、太阳能对地埋管浅层地温能补热；

3、太阳能对用户侧提供供暖需求；

4、太阳能自身的保护功能防冻和防炸；

附图说明

如图1 所示

1-地源热泵机组 2-空调侧循环泵 3-地源侧循环泵 4-太阳能地埋管换热循环泵 5-太阳能系统循环泵 6-热回收侧循环泵 7-太阳能供热循环泵 8-生活热水循环泵 9-1#板式换热器 10-2#板式换热器 11-3#板式换热器 12-热水箱 13-市政自来水补水 14-集水器 15-分水器 16-空调侧定压补水装置 17-地源侧定压补水装置 18-补水箱 19-软化水装置 20-太阳能调节水箱

图1

成果分析

1、数据曲线分别为太阳1天温度数据曲线（安装两个温度传感器，上侧太阳能装置1和下侧太阳能装置2）、1天室外温度和1天太阳能板换管道供水温度；

数据时间为2020年1月21日00点-24点，在供热期间太阳能蓄能从上午9点至傍晚18点结束，期间室外温度10点至傍晚19点结束，太阳能从蓄能到释放由下午13点至17点期间太阳能释放的能量能够满足用户侧生活热水的使用需求；

2、数据曲线分别为太阳10天温度数据曲线（安装两个温度传感器，上侧太阳能装置1和下侧太阳能装置2）、10天室外温度和10天太阳能板换管道供水温度；

数据时间为2020年1月21日00点-2020年1月30日24点，在10天的使用期间太阳能的温度得到了大幅度的提高，使用时间变得延长了；室外温度也随着气温逐渐转热有所提高；太阳能板换管提供给生活热水箱的温度逐步提高且出现高于设定值45度开始对地下地埋管进行反补热量，所以10天太阳能板换管道供水温度尖峰值出现了波动。

3、数据曲线分别为太阳60天温度数据曲线（安装两个温度传感器，上侧太阳能装置1和下侧太阳能装置2）、60天室外温度和60天太阳能板换管道供水温度；

数据时间为2020年1月21日00点-2020年3月20日24点，在60天的使用期间太阳能的温度全部在零度以上运行，达到了防冻，温差小于30度达到了防炸的要求，室外温度随着气温升高，环境温度大幅度改善，太阳能板换管提供给生活热水箱的供热需求得到了满足，剩余的能量排到了地埋管换热器对地下热量进行了补充。

4、数据曲线为太阳能对地源侧的补热温度，分别为1天地源补热温度、10天地源能补热温度、60天地源补热供水温度；

数据时间分别为：

1天时间 2020年1月21日00点-24点；

10天时间 2020年1月21日00点-2020年1月30日24点

60天时间 2020年1月21日00点-2020年3月20日24点

由1天的数据分析可知地源侧补热供水温度00点-13点为机房室内温度，13点-18点热源太阳能对其进行了补热，18点以后能量进行了释放；

由10天的数据分析可知地源侧补热供水温度在10天内25度以上温度前0-5天内大部分时间提供了生活热水未对地埋孔补充太多的热量，6-10天后热量充沛，对地埋孔补充的能量较多；

由60天的数据分析可知太阳能有多余的热量对地埋孔进行了充放热的操作。