张朝伟

摘 要：太阳能-地源热泵组合系统是将太阳能与地源热泵相结合的高效、节能、绿色、环保的系统，可实现供热、空调和供热水三联供。在夏季太阳能充足的情况下，通过蓄热装置将过剩的太阳能储存在土壤中；冬季太阳能不足时，通过地源热泵将夏季储存的能量取出加以利用。

关键词：太阳能；地源热泵；冷暖热水；三联供

中图分类号：TU832.1+7 文献标识码：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.14.129

1 典型项目概况

1.1 项目概况

以天津某物流公司新建办公楼工程为例，建筑总空调面积3 400 m2，其中，办公楼面积2 090 m2，会议室与食堂面积958 m2，辅助区面积240 m2。

1.2 室外设计参数

室外设计参数如表1所示。

1.3 空调室内设计参数

夏季：温度为24～26 ℃，相对湿度小于或等于60%；冬季：温度为18～22 ℃，相对湿度大于或等于30%.

1.4 设计依据

设计依据为《采暖通风与空气调节设计规范》和《地源热泵系统工程技术规范》（GB 50366—2005）。

1.5 负荷计算

经计算，该系统总冷负荷为296 kW，热负荷208 kW。

2 系统技术、经济分析

2.1 技术分析

太阳能-地源热泵冷暖热水三联供系统由地源热泵空调系统和太阳能光热系统两部分组成。地源热泵空调系统由室外地埋管、热泵机组和末端风机盘管组成，利用浅层地能对建筑物进行供热制冷。太阳能光热系统主要就是太阳能热水器。目前，普遍以真空管式太阳能热水器为主，承担建筑物的生活热水。

根据以上两种系统的特点，将两者有机地结合起来，即形成太阳能-地源热泵冷暖热水三联供系统。通常，地源热泵在供冷时的工质的冷凝，大多通过土壤换热器或井水冷却。这部分巨大的热能就浪费了，并且系统消耗大量的电能。带热回收地源热泵机组巧妙地将这部分热能加以利用，比如用作生活热水。其做法就是在高温、高压的气态工质进入冷凝器初端时，再加一套热回收用的热交换装置，再由土壤换热器或井水冷却。热回收地源热泵机组具有可选的热回收功能，即可将25%冷负荷部分热回收或全热回收，在制冷季用户可免费得到生活热水，冬季可在供暖的同时提供生活热水。这样既解决了地源热泵系统的热平衡问题，又降低了太阳能热水系统的能耗，可谓一举两得。

2.2 经济分析

2.2.1 空调冷暖系统全年运行费用比较

全年运行费用：130 475.5+142 571.5=273 047元。

全年运行费用比较：273 047-175 960.6=97 086.4元。

由此可见，带热回收地源热泵空调系统比风冷热泵空调系统年运行费用可节省97 086.4元。

2.2.2 生活热水系统运行费用比较：

以该项目为例，该项目100人次洗浴日需要50 ℃生活热水5 t，冬季地源热泵机组带部分热回收装置热回收热量为73 kW。自来水进水温度为5 ℃，生活热水出水温度为50 ℃，温差为45 ℃。每小时产水量为（温差45 ℃）73/45/1.163=1.394 t。空调机组运行时间为5/1.394=3.58 h，空调机组消耗电量为45×5×1.163/4=65.4 kW·h，日电加热5 t生活热水（45 ℃温差）所需电量为1.163×45×5/0.96=272.6 kW·h（电加热功率为96%），日节约电量为272.6-65.4=207.2 kW·h。

天津地区月平均气温大于或等于10 ℃，全年日照时大于或等于6 h/d的晴朗天气为250～275 d，需要辅助热源天数为90～115 d。

冬季平均按照90 d估算太阳能不足以满足生活热水需要，电价按1元/kW·h计算，则冬季节约电费估算为90×207.2=18 648元。夏季，太阳能充足，基本不需要电辅助加热。

因此，与一般太阳能加电辅助系统相比，太阳能加带热回收地源热泵系统全年节约电费为18 648元。

2.2.3 全年运行比较

通过实际工程测算，太阳能-地源热泵冷暖热水三联供系统与常用风冷热泵空调系统加以电辅加热作为太阳能热水辅助热源系统相比，2 000 m2建筑物全面运行费用节省10万元，其经济效果相当显著。