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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 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到2010年，全市建筑的单位面积平均采暖能耗降低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%。2010年前，市全市供热系统热效率平均提高10%，实际平均能耗降低10%以上全市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。 T1-T2>ΔT1且T3<Tm1时，泵B1、B2启动；当T1-T2<ΔT2或T3>TM1时，泵B1、B2停止。 （2）生活热水容积式热交换器太阳能侧为高温保护和温差循环控制,当T3-T4>ΔT1且 T5<Tm2时，泵B3启动，电磁阀F11开启，F12关闭，太阳能热水用于加热生活热水;当T3-T4<ΔT4或T5>TM2时，泵B3停止，电磁阀F11关闭。 （3）生活热水容积式热交换器温度T5控制辅助热源启停，当T5<Tm3，热泵系统GHP1、B4、B5和电动阀F1启动；当T5>TM3，地源热泵系统GHP1、B4、B5和电动阀F1关闭。当采用电加热或其他辅助热源替代地源热泵系统时，采用相同的方式控制电加热或其他辅助热源的启停。 （4）采暖季空调采暖用地源热泵机组GHP2的进水温度T6控制地源热泵系统GHP2、泵B5启停，当T6<Tm4，地源热泵系统GHP2、B5启动；当T6>TM4，热泵系统GHP2、泵B5关闭。手动关闭阀F4、F5、F7、F8、F10，开启阀F2、F3、F6、F9，循环泵B6一直关闭，蓄热操作停止。 （5）太阳能热水加热地埋管系统出水采用温差控制，当T2-T7>ΔT5且电磁阀F11关闭停止加热生活热水时，电磁阀F12开启，泵B3启动进一步加热地埋管系统出水；当T2-T7<ΔT6或电磁阀F11开启加热生活热水时，电磁阀F12关闭停止加热地埋管系统出水。 （6）非采暖季时，手动关闭与蓄热井群对应的阀F2、F3，开启与蓄热井群对应的阀F4、F5， 通过B6将太阳能得热储存在相应的竖井群中；关闭F6、F9，开启F7、F8、 F10，泵B3进行台数调节以适应流量变化，GHP2、B5及相应地埋管井群在有制冷需求时运行。 （7）在以上控制实施中，ΔT1、ΔT3宜取5℃，ΔT2、ΔT4宜取2℃；ΔT5宜取10℃，ΔT6宜取5℃；Tm1和TM1宜取70℃和75℃；Tm2和TM2宜取55℃和60℃；Tm3和TM3宜取55℃和60℃。 （8） 由于太阳能贮热水箱采用了闭式水箱，P1的监测作为贮热水箱高压报警用。 3、综合供热系统的应用特点与对象 （1）综合供热系统的应用特点 本综合利用系统可以很好地同时解决本文前文中所提到在北京地区居住建筑中单独应用太阳能供热和地埋管热泵系统供热所固有的非采暖季太阳能系统过热和冷热不均所带来的技术难题，最大限度地利用太阳能集热系统所采集的热量，使系统仅依靠太阳能、地热能这两种可再生能源和少量电力就可以为建筑物提供供热空调，使在北京地区的居住建筑中利用太阳能和地埋管热泵系统进行供热成为可能，一旦推广应用，可以大大节省常规能源的使用。 但是，任何技术都有其优点和局限性，在现阶段推广本系统也还存在一些问题。主要的问题有以下两个方面： 1）投资较高，回收期长 北京地区居住建筑也执行了65%的节能标准，单位面积采暖负荷已经下降到了35W/m2左右，考虑到末端系统采用地面辐射系统，在一定程度上可以利用围护结构蓄热，具有一定的削峰作用，采暖负荷还可以进一步降低。即便如此，以采暖负荷作为选型的地埋管热泵系统的造价根据地质条件的不同也将高达200-300元/m2；如果考虑到太阳能系统，太阳能与地埋管热泵综合供热系统的单位面积造价可能会达到300-400元/m2，远远高于常规的传统锅炉房+散热器采暖100多元每平方米的单位面积造价，即使考虑