太陽(yáng)能—空氣源熱泵在北方農(nóng)村地區(qū)供暖改革中應(yīng)用綜述

張志慧 王萌

摘要：我國(guó)北方農(nóng)村地區(qū)冬季采暖主要以燃燒散煤為主，直接燃燒煤炭不僅利用率低而且會(huì)更加污染環(huán)境。本文針對(duì)農(nóng)村地區(qū)能源利用改革提出合理的整改策略，設(shè)計(jì)出一套利用太陽(yáng)能—空氣源熱泵系統(tǒng)，用于冬季采暖，夏季生活供熱水，以太陽(yáng)能利用為主，空氣源熱泵為輔，綜合考慮運(yùn)行效果 整改成本，運(yùn)行成本等，取代散煤燃燒傳統(tǒng)模式，推進(jìn)新農(nóng)村改革建設(shè)。

引言：北方地區(qū)散煤治理是中國(guó)能源結(jié)構(gòu)改革的重大難題，抓好北方農(nóng)村地區(qū)采暖能源的清潔高效利用和散煤的減量替代，是治理散煤的重中之重?！?020年中國(guó)散煤綜合治理研究報(bào)告》指出散煤治理主要依托于北方清潔取暖的推進(jìn)，"十三五"期間，北方清潔取暖初步開(kāi)始試點(diǎn)，考慮到采暖改革成本以及農(nóng)民的經(jīng)濟(jì)承受能力，此系統(tǒng)主要針對(duì)農(nóng)村建筑采暖系統(tǒng)進(jìn)行整改，保持原有的末端采暖裝置以及管道系統(tǒng)，減少成本投入。太陽(yáng)能作為最理想的熱源，而且太陽(yáng)能熱水利用技術(shù)已經(jīng)較為完善，空氣源熱泵具有安裝方便，適用于舊建筑整改等，近些年也廣泛推廣，次設(shè)備在夜間工作時(shí)需要消耗相對(duì)轉(zhuǎn)化率較高的電能。[1]

一 太陽(yáng)能—空氣源熱泵供暖系統(tǒng)介紹及工作原理

系統(tǒng)如圖1所示，采取并聯(lián)式太陽(yáng)能—空氣源熱泵連接方式，冬季在白天太陽(yáng)光照強(qiáng)時(shí)，太陽(yáng)能集熱系統(tǒng)獨(dú)立工作，運(yùn)行滿(mǎn)足室內(nèi)供暖熱負(fù)荷，在夜間或者陰雨天時(shí)，啟動(dòng)空氣源熱泵為蓄熱水箱作為輔助提供熱量，兩者互補(bǔ)性較強(qiáng)，保證運(yùn)行穩(wěn)定性。在夏季主要使用太陽(yáng)能集熱系統(tǒng)提供生活用水，基本無(wú)電能消耗?？刂葡到y(tǒng)由溫度傳感器和控制器等部件組成。

二 太陽(yáng)能—空氣源熱泵系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算

2.1 確定設(shè)計(jì)參數(shù)

假定該系統(tǒng)所滿(mǎn)足120平方米的單層民用建筑供暖，以山東省為例，根據(jù)《居住建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》冬季設(shè)計(jì)溫度為18℃，根據(jù)《民用建筑供暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)規(guī)范》要求以及當(dāng)?shù)靥?yáng)能輻射強(qiáng)度和空氣源熱泵設(shè)備等，確定散熱器供水溫度為55℃回水溫度為45℃。

2.2 建筑物采暖負(fù)荷確定

根據(jù)《嚴(yán)寒和寒冷地區(qū)居住建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》要求，以及綜合圍護(hù)結(jié)構(gòu)保溫措施，建筑面積等因素，取耗熱量指標(biāo)為30W/m2，因此可確定采暖負(fù)荷為3600W。

2.3 太陽(yáng)能集熱器選型及面積確定

相比于真空管太陽(yáng)能集熱器，平板太陽(yáng)能集熱器具有安裝相對(duì)方便，寒冷地區(qū)防凍，可承壓且使用可靠，使用壽命更長(zhǎng)，適用溫度合適等特點(diǎn)，更加適用于農(nóng)村地區(qū)，更加符合農(nóng)民心理，因此選用平板型太陽(yáng)能集熱器。根據(jù)《太陽(yáng)能供熱采暖工程技術(shù)規(guī)范》確定集熱器面積，得出平板型太陽(yáng)能集熱器面積約為22m2。

2.4 蓄熱水箱體積的確定

根據(jù)《太陽(yáng)能供熱采暖工程技術(shù)規(guī)范》確定蓄熱水箱面積，綜合考慮供回水溫度，集熱器面積，以及保溫性能等，確定每平方米集熱器面積對(duì)應(yīng)100L蓄熱水箱容積，因此確定水箱容積為1000L。

2.5 空氣源熱泵制熱量確定

空氣源熱泵充分保證在陰雨天太陽(yáng)能不足以及夜間供暖的連續(xù)性與穩(wěn)定性?？諝庠礋岜玫闹茻崃浚憧傻弥茻崃考s為6.4kw。

三 系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性分析

該系統(tǒng)保留了農(nóng)村建筑中原有的采暖設(shè)備，減少了資源浪費(fèi)，節(jié)約成本。根據(jù)市場(chǎng)價(jià)格以及上述分析，該套系統(tǒng)初投資約在1.8萬(wàn)元[2]，假定使用壽命為20年，具有較高的經(jīng)濟(jì)性，根據(jù)國(guó)家近些年來(lái)對(duì)再生能源利用政策，該系統(tǒng)的利用也會(huì)得到政府的經(jīng)濟(jì)補(bǔ)貼，因此該系統(tǒng)在北方的推廣具有很大的潛力。

四 結(jié)論

根據(jù)我國(guó)北方農(nóng)村地區(qū)目前能源應(yīng)用的現(xiàn)狀，提出一種能夠適合舊建筑改革的系統(tǒng)，既能充分利用當(dāng)?shù)靥?yáng)能與空氣能，減少碳排放和污染氣體排放，又能政府的補(bǔ)貼下降低農(nóng)民的生活壓力，改善居民冬季環(huán)境，還能全年供應(yīng)生活用熱水，提高生活水平，助力于解決多年來(lái)在國(guó)家節(jié)能減排道路上的毒瘤。該系統(tǒng)為農(nóng)村住宅供暖提供了一個(gè)新穎有效的思路且對(duì)以后系統(tǒng)的完善具有一定的借鑒意義。

參考文獻(xiàn)：

[1]顏浩.空氣源熱泵在建筑節(jié)能中大有作為[J].建筑節(jié)能， 2008， 36 （11） ：54-60.

[2]孫朝陽(yáng).豫西農(nóng)村地區(qū)太陽(yáng)能—空氣源熱泵地板供暖系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與能耗分析[J].三門(mén)峽職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)，2018，17（02）：139-143.

山東農(nóng)業(yè)大學(xué) 山東 泰安 271018