农村地区“太阳能+空气源热泵”采暖系统案例分析
太阳能+Solar energy +
摘要：本文以保定农村地区“太阳能+空气源热泵”采暖系统示范点为案例，介绍一种将太阳能技术和空气能技术有机结合在一起、利用空气源热泵与之联合运行、辅助供暖的采暖技术实施方案。系统分析了其设计方案、技术参数、经济效益、技术优势等特点，为北方农村推广“太阳能+空气源热泵”采暖提供了参考。
关键词：农村；太阳能；空气源热泵；采暖
1 前言
目前，我国北方地区清洁采暖比例较低，特别是部分农村地区冬季大量使用散烧煤采暖，污染物排放量大，已成为我国北方地区冬季雾霾的重要原因之一。《北方地区冬季清洁采暖规划（2017-2021年）》明确提出：“农村地区应优先利用地热、生物质、太阳能等多种清洁能源供暖，有条件的发展天然气或电供暖，适当利用集中供暖延伸覆盖。2019年，清洁采暖率达到20%以上；2021年，清洁采暖率达到40%以上”[1]。在诸多采暖方式中，太阳能采暖技术是最为绿、清洁的采暖方式。太阳能采暖系统是指以太阳能作为供暖系统的热源，利用太阳能集热器将太阳能辐射能转换成热能，供给建筑物冬季供暖和全年其他用热的系统。在我国北方农村地区大力推广太阳能采暖系统成为优选。但是太阳能受昼夜、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较大，而且太阳能热流密度低，因此若要实
现较高的采暖保证率，所需太阳能集热面积及储热容量均较大。结合农村居住建筑的实际需求和经济条件，从控制成本、便于推广的角度来看，太阳能与其他可再生能源相结合，是降低采暖系统生命周期费用的有效途径。[2-4]本文以保定某地“太阳能+空气源热泵”采暖系统试点为案例，对其系统设计、运行效益、技术特点等进行了研究分析。
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河北省印发了《河北省农村地区太阳能取暖试点实施方案》，并确定石家庄市、阜平县要先行试点示范。“太阳能+空气源热泵”采暖系统试点位于河北省保定市阜平县某农村居民住宅。阜平县气候为大陆性季风气候，暖温带半湿润地区，冬季寒冷、干燥、少雪，年均气温为12.6℃。农村住宅房屋建筑已经完成节能升级改造，屋面及墙体均做保温处理，门窗为断桥铝门窗。建筑面积100㎡，末端设施为地板辐射采暖。
3 设计方案
本系统将太阳能技术和空气能技术有机结合在一起，利用空气源热泵与之联合运行，辅助供暖，当太阳能系统的热量不能满足建筑热负荷需求时，使用空气源热泵来满足。由太阳能供暖系统和空气源热泵供暖系统组成的复合式供暖系统，充分发挥技术集成优势，形成一个冬季取暖四季热水供应系统，从而取得最大的能源环保效益，且两种系统取长补短，提高系统的COP值，节省运行费用。室内采暖
设计温度18℃以上。
太阳能集热系统主要包括太阳能集热器系统，太阳能储热水箱，循环管道、自动控制系
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农村地区“太阳能+
空气源热泵”采暖系统案例分析河北省科学院能源研究所/王建辉 梁迎凯
河北省新能源技术推广站/孙振锋
河北维克莱恩太阳能开发有限公司/邢生亮
《供热制冷》2019年04月
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中国供热制冷统等。整套系统通过自控柜自动控制，自动控制功能包括太阳能供热系统的运行控上海内衣品牌
制、防冻和防过热保护、太阳能集热系统和辅助加热系统的切换、保持供热水箱出口温度恒定等控制。太阳能集热系统和辅助加热系统的工作切换采用定温控制，当蓄热水箱温度低于“设计供水温度”时开启辅助加热设备，当蓄热水箱温度高于“设计供水温度”时停止辅助加热设备。系统如图1
所示。
图1 “太阳能+空气源热泵”采暖系统原理示意
4 技术参数
依据农村住宅房屋建筑实际情况，系统设
计为：每户配备真空管太阳能集热器模块6组，每组集热器由50支φ58-1800太阳能真空管组成；下置式保温水箱1000L1个；辅助能源加热设备选用5P 空气源热泵机组一台，其额定制热量为14kW；太阳能供暖专用控制柜1个，具有自动控制水位、水温、太阳能集热器智能加热循环及辅助采暖系统智能加热循环及远程监控等功能，含水温水位传感器、连接信号线、电源线等。太阳能集热循环管路采用国标热镀锌钢管。阀门管件采用国标优质铜芯阀门，管路保温采用30mm 的橡塑保温，外加铝箔及pvc 保护。
5 采暖效果
“太阳能+空气源热泵”采暖系统于2018年1月31日完工投入运行，至3月15日采暖期间，室内供暖温度达到18℃～23℃，效果十分良好。图2为供暖期某一天环境温度和室内温度变化情况。
由图2可以看出，室外平均温度-4.0℃，采用“太阳能+空气源热泵”采暖系统为房间供暖，采暖房间室内平均温度20.4℃，达到设计采暖温度要求
18℃以上。
图2 室内外温度的变化情况
6 结论
（1）在农村住宅采用其他模式采暖，室内温度设计仅为为15℃以上，而采用“太阳能+空气源热泵”采暖系统为农村住宅供暖，在采暖季室内温度可达18℃以上，室内舒适度大大提高。
（2）可适度延长采暖期，提高室内舒适度。以保定地区为例，采暖期为每年11月15日开始至来年3月15日结束，共计120天。采用“太阳能+空气源热泵”采暖系统，每年10月下旬天气转凉即可提前供暖，来年
可将采暖期延长至4月中下旬。因3月15日规定采暖期虽然结束，但天气早晚依然很凉，因此，太阳能采暖可以按照需要适度延长。
（3）可以提供四季生活用热水，全年24小时稳定供应温度≥42℃清洁热水。本系统太阳能采暖系统内配置的储热水箱，内部加装换热铜管，因此自来水加热后其水质不会改变，可直接用于炊事和洗浴，一个普通家庭常年使用的热水，如果采用燃煤加热，至少需标准煤0.4吨，折原煤0.56吨，如用电加热费用至少需1000元，在使用年限15到20年的周期里，仅此一项即可节约投资2万元，并且年可以节煤4吨/100㎡
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参考文献
[1]关于印发北方地区冬季清洁取暖规划（2017-2021年）的通知(发改能源〔2017〕2100号).国家能源局
[2]王建辉，刘自强，刘伟，等. 地源热泵辅助太阳能采暖系统的研究[J].河北工业科技，2013（6）；484-489.
[3]蔺瑞山，田斌守，邵继新，等. 太阳能－热泵互补系统在绿民居采暖中的应用研究[J].建筑节能，2018（6）；31-37.
[4]张井山，许道金，魏加杰，等. 一种与空气源热泵结合的太阳能采暖系统性能分析[J].太阳能，2017（6）；46-48+54.

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