冬季各種采暖系統(tǒng)對(duì)比

0 前言 　　隨著化石能源日益匱乏，及燃燒式采暖對(duì)空氣污染嚴(yán)重，太陽(yáng)能采暖作為用戶最想了解且政府鼓勵(lì)推廣多年的加熱系統(tǒng)，由于太陽(yáng)能光照保證率低，成為制約太陽(yáng)能采暖發(fā)展的最大問(wèn)題。 　　冬季采暖，無(wú)論采用什么形式的加熱設(shè)備，室內(nèi)末端最理想的還是地板低溫輻射采暖，其強(qiáng)大的蓄熱性及供暖水溫要求相對(duì)較低（一般居住性建筑回水溫度設(shè)置35℃即可滿足室內(nèi)供暖溫度18℃要求），是太陽(yáng)能采暖的理想末端。 　　目前可享受政府財(cái)政補(bǔ)貼的綠色環(huán)保采暖方式有以下幾種： 　　1電輔助太陽(yáng)能采暖系統(tǒng) 　　優(yōu)勢(shì)：為充分利用太陽(yáng)能，達(dá)到最佳節(jié)能效果，盡量減少電輔助啟動(dòng)時(shí)間，太陽(yáng)能采暖系統(tǒng)會(huì)盡最大努力多鋪設(shè)太陽(yáng)能集熱面積，一般采暖面積與太陽(yáng)能集熱器面積比例都不會(huì)超過(guò)1:0.8。在光照理想氣候條件下，太陽(yáng)能可達(dá)到預(yù)期采暖效果，因只有集熱器循環(huán)水泵間歇運(yùn)行與室內(nèi)循環(huán)水泵運(yùn)行功耗，所以運(yùn)行費(fèi)用非常低。 　　劣勢(shì)：2013年1月1日至4月10日，北京霧霾天數(shù)達(dá)46天（摘自天氣網(wǎng)）。雨雪或光照不理想天氣，須啟動(dòng)電加熱輔助，運(yùn)行費(fèi)用會(huì)大幅度提高。 　　2空氣源輔助太陽(yáng)能采暖系統(tǒng) 　　優(yōu)勢(shì)：空氣源熱泵輔助太陽(yáng)能系統(tǒng)是目前相對(duì)較理想的采暖方式，光照理想天氣可利用太陽(yáng)能采暖，太陽(yáng)能加熱能力不足時(shí)，空氣源熱泵自動(dòng)補(bǔ)充，保證室內(nèi)采暖溫度。運(yùn)行費(fèi)用較之電輔助太陽(yáng)能系統(tǒng)節(jié)能約20%。 　　劣勢(shì)：空氣源熱泵在寒冷地區(qū)冬季運(yùn)行效率低，低溫型熱泵在-10℃室外環(huán)境溫度下運(yùn)行，COP值一般＜2.2，是困擾行業(yè)的最大問(wèn)題。 　　3空氣源熱泵采暖 　　優(yōu)勢(shì)：幾乎不受天氣影響，投資小，施工快。全國(guó)已有很多成功案例，北京地區(qū)節(jié)能建筑，每個(gè)采暖季＜22元/㎡。 　　劣勢(shì)：低溫環(huán)境運(yùn)行效率低，特別在晚上最冷時(shí)間段，環(huán)境溫度低于-10℃時(shí)，再加上反向化霜耗能，低溫工況效率＜200%。如圖1所示。 圖1 　　4水（地）源熱泵采暖 　　優(yōu)勢(shì)：水（地）源熱泵采暖系統(tǒng)是政府近年剛列入財(cái)政補(bǔ)貼范圍的項(xiàng)目，其節(jié)能效果相對(duì)較理想，COP值一般＞4.0，由于地下熱源較穩(wěn)定，熱源溫度一般為當(dāng)?shù)厮募镜钠骄鶞囟?，所以熱泵機(jī)組運(yùn)行穩(wěn)定，故障率低。 　　劣勢(shì)：地源熱泵系統(tǒng)問(wèn)題主要出現(xiàn)在地下?lián)Q熱系統(tǒng)，地下抽水式換熱系統(tǒng)，一是水利部門管理較嚴(yán)格，二是地下?lián)Q熱井隱患較多，這也是設(shè)計(jì)者必須注意而又無(wú)法回避的問(wèn)題。地埋管式換熱系統(tǒng)規(guī)避了抽水式換熱系統(tǒng)問(wèn)題，但需大量增加鉆井?dāng)?shù)量來(lái)提取更多地下土壤熱量，與其他采暖設(shè)備相比，增加投資約為整套系統(tǒng)的1/3。 　　5太陽(yáng)能+雙源熱泵（即空氣源熱泵與地源熱泵合為一體）系統(tǒng) 　　雙源熱泵一臺(tái)主機(jī)具有兩種運(yùn)行模式，空氣源運(yùn)行模式、水源運(yùn)行模式。 　　北方冬季晝夜溫差較大，白天室外溫度一般在0℃左右，甚至更高，空氣源熱泵可高效運(yùn)行（COP值平均≥2.8），室內(nèi)供暖完全依靠空氣源熱泵即可。夜間室外環(huán)境溫度逐漸降至約-10℃（COP值≤2.2）?？諝庠礋岜眠\(yùn)行效率相對(duì)較低時(shí)，自動(dòng)轉(zhuǎn)換水源熱泵運(yùn)行模式，水源熱泵運(yùn)行熱源來(lái)自白天太陽(yáng)能集熱器儲(chǔ)存的熱水（蓄熱水箱可用溫度50℃至5℃）。如圖2所示。 圖2 　　傳統(tǒng)在冬季利用太陽(yáng)能采暖系統(tǒng)中，往往采用加大太陽(yáng)能集熱面積(一般100㎡建筑配至少60㎡太陽(yáng)能集熱面積)來(lái)滿足室內(nèi)溫度要求。白天陽(yáng)光充沛時(shí)室內(nèi)溫度可滿足要求，一旦遇到雨雪天或光照不足時(shí)，需依靠輔助設(shè)備加熱采暖，一般輔助加熱設(shè)備能耗都很大。再有大面積太陽(yáng)能集熱器到夏季時(shí)，熱量嚴(yán)重過(guò)剩，致使水溫過(guò)高，造成管道及集熱管內(nèi)結(jié)垢嚴(yán)重，影響冬季使用。 　　雙源熱泵就是空氣源熱泵與水源熱泵完美結(jié)合，（其中太陽(yáng)能系統(tǒng)替代地源熱泵系統(tǒng)的地下鉆井換熱系統(tǒng)）它的優(yōu)點(diǎn)是，最大限度的發(fā)揮了太陽(yáng)能集熱系統(tǒng)的性能，充分體現(xiàn)熱泵的節(jié)能優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)了熱泵與太陽(yáng)能系統(tǒng)的完美結(jié)合，是山區(qū)的理想選擇。 　　以100㎡節(jié)能建筑為例：墻體厚度240mm，圍護(hù)結(jié)構(gòu)做60mm保溫處理，門窗為中空塑鋼材質(zhì)。 　　建筑能耗為100㎡×80W=8000W 　　太陽(yáng)能系統(tǒng)選配：太陽(yáng)能系統(tǒng)冬季蓄水最高溫度50℃。水源熱泵利用最低水溫度3℃，可用溫差（5～50）45℃。 　　晚間室內(nèi)需要熱能：8000W×16h×0.8=102400W 　　蓄熱水箱容水量確定：102400÷45÷1.163≈1956L 　　冬季太陽(yáng)能集熱面積確定： 　　5016MJ÷365=13.7425MJ/d÷36000=0.38KW/h 　　102400/（380 W/h×8）h=34㎡ 　　雙源熱泵運(yùn)行特點(diǎn)： 　　雙源熱泵設(shè)有三種運(yùn)行模式。時(shí)間允許自動(dòng)識(shí)別模式：每天上午8:00自動(dòng)轉(zhuǎn)換空氣源模式運(yùn)行，到下午17:00系統(tǒng)自動(dòng)檢測(cè)熱源（太陽(yáng)能蓄熱水箱）溫度，如水源溫度達(dá)不到5℃以上，自動(dòng)回到空氣源運(yùn)行模式，保證室內(nèi)供暖溫度不受影響。 　　手動(dòng)運(yùn)行模式1：手動(dòng)切換到空氣源運(yùn)行模式時(shí)，系統(tǒng)將按空氣源模式運(yùn)行。 　　手動(dòng)運(yùn)行模式2：手動(dòng)切換到水源運(yùn)行模式時(shí)，系統(tǒng)將按水源模式運(yùn)行。 　　在白天空氣源運(yùn)行效率相對(duì)較高時(shí)為室內(nèi)供熱，同時(shí)太陽(yáng)能聚熱把熱能儲(chǔ)存在水箱內(nèi)，為夜晚熱泵的水源熱泵模式運(yùn)行提供熱源。 　　在夜晚熱泵自動(dòng)切換到水源模式運(yùn)行，提取太陽(yáng)能蓄熱水箱溫度來(lái)為室內(nèi)供暖。 　　傳統(tǒng)太陽(yáng)能采暖系統(tǒng)蓄熱水箱溫度只能利用溫度差32～50℃（結(jié)合室內(nèi)低溫地板輻射采暖）。而熱泵可以利用溫度差5～50℃。可多提?。?～50）-（32～50）=27℃ （天普新能源科技有限公司   劉文慶）