冬季各种采暖系统对比

0 前言 　　随着化石能源日益匮乏，及燃烧式采暖对空气污染严重，太阳能采暖作为用户最想了解且政府鼓励推广多年的加热系统，由于太阳能光照保证率低，成为制约太阳能采暖发展的最大问题。 　　冬季采暖，无论采用什么形式的加热设备，室内末端最理想的还是地板低温辐射采暖，其强大的蓄热性及供暖水温要求相对较低（一般居住性建筑回水温度设置35℃即可满足室内供暖温度18℃要求），是太阳能采暖的理想末端。 　　目前可享受政府财政补贴的绿色环保采暖方式有以下几种： 　　1电辅助太阳能采暖系统 　　优势：为充分利用太阳能，达到最佳节能效果，尽量减少电辅助启动时间，太阳能采暖系统会尽最大努力多铺设太阳能集热面积，一般采暖面积与太阳能集热器面积比例都不会超过1:0.8。在光照理想气候条件下，太阳能可达到预期采暖效果，因只有集热器循环水泵间歇运行与室内循环水泵运行功耗，所以运行费用非常低。 　　劣势：2013年1月1日至4月10日，北京雾霾天数达46天（摘自天气网）。雨雪或光照不理想天气，须启动电加热辅助，运行费用会大幅度提高。 　　2空气源辅助太阳能采暖系统 　　优势：空气源热泵辅助太阳能系统是目前相对较理想的采暖方式，光照理想天气可利用太阳能采暖，太阳能加热能力不足时，空气源热泵自动补充，保证室内采暖温度。运行费用较之电辅助太阳能系统节能约20%。 　　劣势：空气源热泵在寒冷地区冬季运行效率低，低温型热泵在-10℃室外环境温度下运行，COP值一般＜2.2，是困扰行业的最大问题。 　　3空气源热泵采暖 　　优势：几乎不受天气影响，投资小，施工快。全国已有很多成功案例，北京地区节能建筑，每个采暖季＜22元/㎡。 　　劣势：低温环境运行效率低，特别在晚上最冷时间段，环境温度低于-10℃时，再加上反向化霜耗能，低温工况效率＜200%。如图1所示。 图1 　　4水（地）源热泵采暖 　　优势：水（地）源热泵采暖系统是政府近年刚列入财政补贴范围的项目，其节能效果相对较理想，COP值一般＞4.0，由于地下热源较稳定，热源温度一般为当地四季的平均温度，所以热泵机组运行稳定，故障率低。 　　劣势：地源热泵系统问题主要出现在地下换热系统，地下抽水式换热系统，一是水利部门管理较严格，二是地下换热井隐患较多，这也是设计者必须注意而又无法回避的问题。地埋管式换热系统规避了抽水式换热系统问题，但需大量增加钻井数量来提取更多地下土壤热量，与其他采暖设备相比，增加投资约为整套系统的1/3。 　　5太阳能+双源热泵（即空气源热泵与地源热泵合为一体）系统 　　双源热泵一台主机具有两种运行模式，空气源运行模式、水源运行模式。 　　北方冬季昼夜温差较大，白天室外温度一般在0℃左右，甚至更高，空气源热泵可高效运行（COP值平均≥2.8），室内供暖完全依靠空气源热泵即可。夜间室外环境温度逐渐降至约-10℃（COP值≤2.2）。空气源热泵运行效率相对较低时，自动转换水源热泵运行模式，水源热泵运行热源来自白天太阳能集热器储存的热水（蓄热水箱可用温度50℃至5℃）。如图2所示。 图2 　　传统在冬季利用太阳能采暖系统中，往往采用加大太阳能集热面积(一般100㎡建筑配至少60㎡太阳能集热面积)来满足室内温度要求。白天阳光充沛时室内温度可满足要求，一旦遇到雨雪天或光照不足时，需依靠辅助设备加热采暖，一般辅助加热设备能耗都很大。再有大面积太阳能集热器到夏季时，热量严重过剩，致使水温过高，造成管道及集热管内结垢严重，影响冬季使用。 　　双源热泵就是空气源热泵与水源热泵完美结合，（其中太阳能系统替代地源热泵系统的地下钻井换热系统）它的优点是，最大限度的发挥了太阳能集热系统的性能，充分体现热泵的节能优势，实现了热泵与太阳能系统的完美结合，是山区的理想选择。 　　以100㎡节能建筑为例：墙体厚度240mm，围护结构做60mm保温处理，门窗为中空塑钢材质。 　　建筑能耗为100㎡×80W=8000W 　　太阳能系统选配：太阳能系统冬季蓄水最高温度50℃。水源热泵利用最低水温度3℃，可用温差（5～50）45℃。 　　晚间室内需要热能：8000W×16h×0.8=102400W 　　蓄热水箱容水量确定：102400÷45÷1.163≈1956L 　　冬季太阳能集热面积确定： 　　5016MJ÷365=13.7425MJ/d÷36000=0.38KW/h 　　102400/（380 W/h×8）h=34㎡ 　　双源热泵运行特点： 　　双源热泵设有三种运行模式。时间允许自动识别模式：每天上午8:00自动转换空气源模式运行，到下午17:00系统自动检测热源（太阳能蓄热水箱）温度，如水源温度达不到5℃以上，自动回到空气源运行模式，保证室内供暖温度不受影响。 　　手动运行模式1：手动切换到空气源运行模式时，系统将按空气源模式运行。 　　手动运行模式2：手动切换到水源运行模式时，系统将按水源模式运行。 　　在白天空气源运行效率相对较高时为室内供热，同时太阳能聚热把热能储存在水箱内，为夜晚热泵的水源热泵模式运行提供热源。 　　在夜晚热泵自动切换到水源模式运行，提取太阳能蓄热水箱温度来为室内供暖。 　　传统太阳能采暖系统蓄热水箱温度只能利用温度差32～50℃（结合室内低温地板辐射采暖）。而热泵可以利用温度差5～50℃。可多提取（5～50）-（32～50）=27℃ （天普新能源科技有限公司   刘文庆）