冬季太阳能采暖系统优劣分析

随着地下矿物质能源日益匮乏，以及矿物燃烧式采暖对空气污染愈加严重，新能源逐渐被人们重视。太阳能采暖是最理想的产品之一，是政府鼓励推广多年的加热系统，但由于太阳能光照保证率低，是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。

1.系统对比

目前可享受政府财政补贴，绿色环保的几种采暖方式：

1.1 电辅助太阳能采暖系统

1)优势：为了充分利用太阳能，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，可多数现场不具备铺设太多的太阳能集热器的条件，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。在光照理想的气候条件下，太阳能可以达到预期采暖效果，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。

2)劣势：雨雪或光照不理想的天气，必须启动电加热辅助功能，运行费用会大幅度提高。

1.2 空气源辅助太阳能采暖系统

1)优势：空气源热泵辅助太阳能是目前相对较为理想的采暖方式，光照理想天气可以利用太阳能采暖，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%。

2)劣势：空气源热泵在寒冷地区冬季运行效率不高，低温型热泵在-10℃室外环境温度下运行，COP值一般2.2。

1.3 空气源热泵采暖

1)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，每个采暖季低于22 元/m2。

2)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，低温工况效率低于200%。空气源热泵环境温度值如图1所示。

1.4 水(地)源热泵采暖

1)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，其节能效果相对比较理想，COP 值一般大于4.0，由于地下热源比较稳定，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。

2)劣势：水(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，一是水利部门管理比较严格，二是地下换热井的隐患比较多，这也是设计者必须注意而又无法回避的问题。地埋管式换热系统回避了抽水式换热系统的问题，但需要大量增加钻井数量来提取更多的地下土壤热量，与其他采暖设备相比，增加投资约为整套系统的三分之一。

2.新型配置

2.1 太阳能+ 双源热泵系统运行原理

双源热泵(即空气源热泵与水源或地源热泵合为一体)一台主机具有两种运行模式：空气源运行模式;水(地)源运行模式。

在北方冬季昼夜温差较大，白天室外温度一般在0℃以上，空气源热泵可以高效运行(COP 值平均可以达到2.8 以上)，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值低于2.2以下)。空气源热泵运行效率相对较低时，自动转换水(地)源热泵运行模式，水(地)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5℃~50℃)。系统运行原理如图2所示。

传统的太阳能采暖系统，往往采用加大太阳能集热面积来满足室内温度的要求。在白天阳光充沛的天气下室内温度可以满足需求，一旦遇到雨雪天或光照不好的时候，需要完全依靠辅助设备加热采暖，辅助加热设备能耗很大，再有大面积的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很严重，影响冬季使用。

双源热泵就是空气源热泵与水(地)源热泵完美结合，(其中太阳能系统替代水(地)源热泵系统的地下钻井换热系统)双源热泵有利结合最大的优点是最大限度地发挥了太阳能集热系统，又充分体现热泵的节能优势，是热泵系统辅助太阳能系统的完美结合，也是山区能实现热泵采暖的理想选择。

2.2 设计计算

以100m2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100m2×80W/m2=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℃。

2.3 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5:00 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供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℃。