太阳能_地源热泵联合供能系统研究现状_郭长城

第27卷增刊2农业工程学报Vol.27Supp.23562011年12月TransactionsoftheCSAEDec.2011太阳能-地源热泵联合供能系统研究现状郭长城1，石惠娴1※，朱洪光1，裴晓梅2（1．同济大学现代农业科学与工程研究院生物质能源研究中心，上海200092；2．同济大学机械工程学院，上海200092）摘要：近年来，作为可再生能源领域中一种新型的热泵组合形式，太阳能­地源热泵系统得到了广泛应用。通过总结归纳出国内外太阳能­地源热泵式供能系统在建筑、温室及沼气工程等领域的研究现状；特别对该系统应用于大中型沼气工程，在微生物适应性、热负荷及经济环保方面进行了比较分析和阐述，并指出其应用前景。关键词：太阳能，温室，沼气，地源热泵，建筑doi：10.3969/j.issn.1002-6819.2011.z2.069中图分类号：S216.4，S214，S215文献标识码：A文章编号：1002-6819(2011)-Supp.2-0356-07郭长城，石惠娴，朱洪光，等.太阳能-地源热泵联合供能系统研究现状[J].农业工程学报，2011，27(增刊2)：356－362.GuoChangcheng,ShiHuixian,ZhuHongguang,etal.Reviewofsolar-assistedgroundsourceheatpumpsystem[J].TransactionsoftheCSAE,2011,27(Supp.2):356－362.(inChinesewithEnglishabstract)0引言热泵作为一种环保节能型空调技术，其冷热源的选取至关重要。目前，作为热泵低位热源的主要有空气源、水源、太阳能及地下土壤等[1]。然而单一热源热泵本身存在着各自的缺点。空气源热泵受室外气温波动影响运行极不稳定，且存在供热量与供热季节的需热量不一致的致命弱点；水源热泵因水资源区域差别使其大面积推广应用受到限制；太阳能热泵因太阳辐射照度随季节与昼夜的变化运行很不稳定；地源热泵因地埋管换热器吸热率低而使得钻井的投资较大，并且随着热泵运行，埋管连续从土壤中取热造成土壤温度持续降低而导致热泵COP逐渐降低。因此，有必要寻找一种新的热泵冷热源利用形式[1]。20世纪70年代开始，人们开始将太阳能集热器和地源热泵结合起来研究。经过国内外学者多年的试验与实测研究证明太阳能­地源热泵系统相比单一热源热泵，具有更多优点，并在国内外逐渐得到重视。目前国内外对太阳能—地源热泵系统在众多领域中应用与研究的综述较少，本文回顾近些年该系统应用于建筑和温室领域的研究历程，并创新性地研究与分析其在沼气工程的应用适应性及前景。收稿日期：2011­06­23修订日期：2011­0701基金项目：上海市科委科技发展基金项目（09391910700）；国家科技支撑计划项目（2008BADC4B05）作者简介：郭长城（1987－），男，河南人，主要从事供热、供燃气、通风及空调工程与农业工程交叉领域的研究。上海同济大学现代农业科学与工程研究院生物质能源研究中心，200092※通信作者：石惠娴（1969－），女，河北人，副教授，博士，主要从事农业生物环境与能源工程领域的研究。上海同济大学现代农业科学与工程研究院生物质能源研究中心，200092。Email:huixian_shi@mail.tongji.edu.cn1太阳能-地源热泵联合供能系统的原理及优势太阳能­地源热泵联合系统是以太阳能和地球土壤中热能作为多种低品位热源通过热泵利用的方式之一。根据其特点、功能及运行模式，系统包括四大部分：太阳能集热系统、地埋管换热系统、热泵工质循环系统和用户末端系统。太阳能与地热能的组合具有很好的互补性。太阳能的加入可以弥补热负荷需求大的时候地源热泵制热量不足、效率低的缺陷，地热能的加入可以克服太阳能热泵受天气影响严重的缺点，使运行更稳定；太阳能热泵在天气情况好的季节（夏季）供热量较大，但是需热量较小，天气情况差的季节（冬季）供热量较小，但是需热量较大，而地源热泵由于土壤温度常年稳定，其供需热量规律恰好相反。对于地源热泵，由于太阳能的加入，可以实现间歇运行，使土壤温度在日间得到一定程度的恢复，从而提高土壤源热泵的COP；对于太阳能热泵，由于地热能的加入使得系统在阴雨天及夜间仍能够在适宜的低温热源温度下运行，同时还可省去或减小蓄热水箱的容量或辅助热源的大小[1]。2太阳能-地源热泵联合供能系统在建筑领域的应用研究现状通过整理国内外的相关文献发现，从初期发展到现阶段的应用研究，太阳能­地源热泵联合系统重点应用领域为建筑节能，研究主要集中在系统蓄热、技术经济性、运行特性、数值模拟及系统优化等方面。2.1系统蓄热在太阳能­地源热泵联合系统中土壤蓄热可以在一定程度上解决单一热源热泵的