摘要   本文以湖北省宜昌市大城往来酒店地源热泵与太阳能供热空调复合工程为例，简析地源热泵与太阳能供热空调复合系统的设计思路和运行方式；阐述地源热泵与太阳能供热空调复合系统的特点及优势。

关键词   地源热泵   太阳能   供热空调复合系统

Abstract In this paper, Yichang cities between the hotel ground source heat pump and solar heating and air conditioning complex projects, for instance, Analysis of ground source heat pump and solar heating and air conditioning complex system design and operation mode; elaborate ground source heat pump and solar heating air conditioning features and advantages of the composite system.

Keywords Ground source heat pumps, Solar energy, Heating and air conditioning combined system

1  工程概况

本项目位于：湖北省宜昌市城东大道（毗邻火车东站）。本建筑是新建工程，建筑总面积22010.72m2，±0.00标高以上建筑面积19151.19m2；标高以下2859.53m2。建筑高98.17m，框架结构，共21层，地上部分17层，地下4层。使用功能为：一栋21层商业酒店综合楼，其中裙楼1-4层规划为商业，5-21层规划为酒店，同时设置一层地下室作为地下车库。该大楼公寓式酒店共有客房220间，用水人数约为330人，24h供热水，共需热水39.6t/d。建筑设计空调冷负荷为1600kW，热负荷1300kW。图1为大城往来酒店效果图。

图1   大城往来酒店效果图

2 系统设计

2.1设计参数

2.1.1宜昌市太阳能辐照资源

年太阳辐照量：30°倾角表面4350MJ/m2 ；年日照时数：1616.5h；年平均温度：16.5℃；年平均日太阳辐照量：30°倾角表面10.9MJ/m2。

2.1.2自来水温度

宜昌市自来水平均温度为：15℃。

2.1.3空调室内设计参数

夏季空调室内设计温度25±1℃；夏季空调室内设计相对湿度≤65%；冬季空调室内设计温度20±1℃；冬季空调室内设计相对湿度≥30%；新风量30m3/h.P 。

2.1.4空气设计计算参数表（见表1）

室外计算温度：夏季最高温35.8℃，冬季最低温-2℃

表1设计计算参数

2.1.5使用面积

地源热泵空调使用面积约22000㎡。

2.1.6覆盖使用人数

空调可覆盖使用人数约1500人；热水用水人数约为330人。

2.1.7冷热负荷

空调冷负荷为1600kW，热负荷1300kW，热水39.6t/d。

2.1.8地源换热器换热参数

夏季放热量按55W/m（孔深）计算，冬季取热量按45W/m（孔深）计算。

2.2设计方案

2.2.1设计原理（见图2）

图2  地源热泵与太阳能供热空调复合系统原理

2.2.2 地源热泵太阳能结合原理简要说明

夏天，空调进行制冷时，当空调回水温度T2>T1时，K1、K2、K6打开，K3、K4、K5关闭；空调回水经过换热器把温度传给加热水箱，加热生活用水的同时，也降低空调回水温度，减少热泵主机负荷；当空调回水温度T2<T1时，K1、K2、K4、K5关闭，K3、K6打开，系统恢复地源热泵正常系统。冬天，当T1>T3时，K1、K2、K6关闭，K3、K4、K5打开，太阳能热水提供热量给；当空调回水温度T1<T3时，K1、K2、K4、K5关闭，K3、K6打开，系统恢复地源热泵正常系统。

阴雨雪天时，生活热水由电辅助加热或地源热泵系统对其加热。地源热泵以及太阳能系统按设计运行，在这不进行叙述。

2.2.3系统简述

地埋管换热系统：本工程采用144孔Φ=110-150mm，孔深100m的垂直双U型地埋管换热器，地埋管Φ=25mm，P=1.25MPa。以水为介质，与土壤进行热交换，夏季作为空调系统的冷却水源，冬季作为空调系统及全年生活热水的低品位热源水。

辅助系统：夏季地埋管换热器出水温度＞32℃时启用冷却塔，为地源热泵机组提供冷却水。冬季地埋管换热器出水温度＜5℃时启用燃气热水锅炉，为空调系统提供热源。消防水池夏季用作1~4层商场地源热泵空调系统蓄冷，冬季用作商场地源热泵空调系统蓄热。

空调系统：空调系统分上下二个环路。1~4层为下环路，5~21层为上环路。下环设置2台，上环设置3台制冷/热量350kW/280kW的螺杆式水源热泵机组，夏为空调系统提供7℃的冷水，冬季为空调系统提供45℃的热水。空调水、冷却/热源水、生活热水系统采用一次泵定流量水系统。

太阳能热水系统：本项目太阳能热水系统由集热器定时加热、集热器温差循环加热、辅助热源加热控制（地源热泵系统）、储热水箱最低水量保持与供热末端回水循环控制组成。系统共有104组696m2集热器，设置40 m³的双层不锈钢保温水箱（配200kW电辅加热），供生活热水使用。

3 地源热泵技术与太阳能供热空调复合系统特点

近年来，在我国建筑节能技术中，地源热泵和太阳能热水技术已经得到充分的重视和推广，但是它们还只是作为独立应用技术，而且各自存在一定技术瓶颈。为了更好地利用地源热泵和太阳能热利用这2种可再生能源技术，必须进行技术创新，针对建筑供热空调和热水供应的应用对象，开发使这2种技术有机结合的地源热泵和太阳能复合能源系统。地源热泵与太阳能结合，既可充分利用太阳能，提高热泵效率，更大节约能源，又可以克服太阳辐射受昼夜、季节、纬度和海拔高度等自然条件限制和阴雨天气等随机因素影响。因此，地源热泵与太阳能结合的结合能源系统可以集中2种可再生能源优点，同时相互弥补各自不足。

3.1本项目特点

夏天，空调制冷时，空调回水温度为45℃，经过与太阳能水箱换热后变为40℃（可调），这样；蒸发器侧进、出水温度（12~7℃）一定的情况下，不同的冷凝器进水温度对机组COP 值影响成正比，随冷凝器温度降低，机组COP值增大。

冬季，空调制热时，在无太阳能作为辅助热源的情况下，地源热泵系统长期运行后，地源热泵机组蒸发器侧的温度在0℃左右，机组的COP 值较低；而在有太阳能作为辅助热源的情况下，地源热泵机组蒸发器侧的温度可以在20℃以上，机组的COP 值在4.2 以上。由以上情况得出，太阳能系统和地源热泵系统联合运行后，能极大地提高系统对可再生能源利用率。

 3.2地源热泵和太阳能热水技术结合其他形式及特点    

1.太阳能系统与地源热泵系统联合供热 

以地源热泵系统为主，太阳能系统为辅助热源，但在运行控制上要优先采用太阳能，并加以充分利用；太阳能除冬季与地源热泵系统联合供热外，其它季节，在不供热时，采用季节性蓄热技术将热量储存在蓄热水池或地埋管系统土壤中，供冬季采暖使用。这种方式适合北方地区采暖季较长的地区。

2.太阳能系统与地源热泵系统联合制冷

在制冷工况下，地源热泵系统与太阳能－溴化锂制冷系统交替运行。根据蓄冷/ 热水箱中的温度判断地源热泵系统与太阳能－溴化锂制冷系统的启停。当蓄冷/热水箱中的温度低于设计值时，太阳能-溴化锂制冷系统运行，地源热泵系统停止运行；当蓄冷/ 热水箱中的温度高于设计值时，地源热泵系统运行，太阳能- 溴化锂制冷系统停止运行。这种方式适合南方地区采暖季较短的地区。

3.太阳能系统与地源热泵系统联合供热制冷

阳集热器冬季供热、夏季制冷，在过渡季，不设空调时，太阳能除提供生活热水外，将多余的热量储存起来，供冬季供热。这样的做法既可以做到太阳能的综合利用，又可以避免太阳集热器的空晒，增加了太阳集热器的寿命。

4 结语

1.针对不同地区气候特点，不同运行方式，需选择地源热泵和太阳能系统的结合方式，应达到最佳匹配。

2.本工程太阳能系统与地源热泵系统采用新的连接方式，即夏天空调回水与生活热水水箱进行热交换，加热生活用水的同时，也提高地源热泵的COP，最大程度利用太阳能。此方法为太阳能与热泵的结合提供有价值的参考。

（原标题：地源热泵与太阳能相结合应用工程案例简介）

来源：湖北三峡太阳能研究所有限公司、宜昌市太阳能研究所