復合新能源系統在高校公共浴室中應用研究

史召峰+張正

摘 要：隨著科學技術的發展，太陽能和地熱能在各方面的應用日益廣泛，本文主要對太陽能和地熱能兩種能源在熱水系統方面的性能分析，以研究太陽能和地熱能結合起來作為一種復合新能源系統在高校公共浴室中的應用情況。

關鍵詞：復合新能源；太陽能；地熱能；地源熱泵；高校公共浴室

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.08.066

0 引言

在未來的50年中，可再生能源將被作為世界能源應用中的主要能源。地熱能和太陽能作為兩種可再生能源日益受到重視，這兩種能源的開發應用具有無限前景，地熱能是一種天然熱能，這種地球內部的巨大資源來自于地球內部的熔巖，它的存在方式是以熱力的形式存在。而當前的經濟技術條件下可以開采的地熱能是淺層地熱能，埋深一般是地下200米，溫度不高于25度。太陽能作為一種可再生能源已經被人類運用在很多方面，比如電力、熱水系統等等，人類對太陽能的應用技術已經日趨熟練。本文主要對太陽能和地熱能進行綜合分析，以研究這兩種能源在高校公共浴室中的結合應用，為公共浴室方面的環境治理和資源的節省找出一條新的途徑。

1 高效公共浴室中太陽能和地熱能的應用分析

1.1 地熱能的應用分析

1.1.1 淺層地熱能的應用原理

淺層地熱能是指地球在收到太陽熱力的輻射后，在自身表面潛藏著的一定量的熱能。該熱能在地球熱能的組成中占據著重要部分，目前對于地熱能的開發利用中，主要開發的就是淺層地熱能，該地熱能的溫度一般在25度左右，溫度穩定，波動小。對于淺層地熱能的應用主要是通過熱泵技術來實現熱交換，將淺層地熱能轉換為可以供熱又能制冷的高位能源。該應用原理是利用地下水溫度相對穩定的特性，在輸入少量高位品電能的條件下，再利用預埋于建筑物周圍的地下水或者管路系統和建筑物內部進行熱交換，將低品熱能轉為高品熱能，可以用來制冷或者制熱[1]。

1.1.2 淺層地熱熱水系統的優勢

地熱能作為一種可再生能源受到人類的關注，在很多工程中都利用了地源熱泵的技術。但是地源熱泵在現實生活中大多應用于空調系統，在熱水系統方面應用較少，但是潛力巨大。對比傳統的供熱方式淺層地熱能有以下優點：

（1）效率高能耗少。在傳統的供熱方式中，主要以煤氣、天然氣、燃油、電力、煤等為主要熱源，通常都是直接對水加熱，使得這些能源的熱水系統應用中，投入量高、使用效率小、產生熱量少。由于淺層地熱能溫度穩定性高，利用地源熱泵通過轉換熱能的方式，使得地源熱泵的制熱效果好，熱效率高。對于環境的節能有著重大作用[2]。

（2）經濟性高。在對一個熱水系統的經濟性進行衡量的時候，可以考慮多方面的影響因素，淺層地熱能的供熱系統以集中供熱的方式體現了它的經濟性，主要表現為：運行費用低、運行附加費用低、節省空間、節省投資費用。運行費用方面主要見表1，附加費用低是因為不需要別的燃料做熱源，從而不需要燃料保管費、運輸費等費用。第二，地源熱泵熱水系統檢測周期長，節省檢測費用。第三，地源熱泵自動化控制程度高，節省工資開支。空間方面不占用室內面積，設備都鋪設在地下。總投資省，是因為地源熱泵使用壽命長，維修周期長[3]。

（3）環保性強。地源熱泵供熱系統一般只需要少量的電量和環境中的熱量，不用別的燃料，因此，地源熱泵工作過程中對環境幾乎沒有污染，環保性強。

1.1.3 地熱能的采集方式分析

（1）地埋管地源熱泵采集方式。該方式的熱量交換方式主要通過土壤耦合地熱交換器進行交換，將土壤耦合地熱交換器以水平或者U型的方式安放在地溝或者豎井中。將豎井和管溝里面的熱交換器以并聯的方式相連接，再通過集管和建筑內的水環路連接。讓水循環流動，從而進行交換[4]。

（2）地表水地源熱泵采集方式。將土壤熱交換器換成地表水熱交換器，其連接基本相同，唯一不同的是管內液體與管外的地表水熱交換是通過管壁進行的。地表水中也可以使用江河湖海的水[5]。

（3）地下水地源熱泵采集方式。該方式有兩種系統，一是開式系統，二是閉式系統。開式系統是直接將地下水資源與井水進行吸放熱之后進行回灌。閉式系統是利用板式換熱器與建筑內的水進行熱交換采集熱量[6]。

1.1.4 地源熱泵供熱系統存在的問題和解決措施

（1）科研技術水平不高。淺層地熱能的開發需要多種知識，影響因素較多。我國在這方面的技術研發還有待提高。

（2）建筑外管網的施工技術不夠純熟。由于地源熱泵在建筑外的管網施工復雜，需要對現場水文和地質進行探測。就目前而言，我國這方面的專業人才太少，施工技術也不成熟。在這方面需要提高管網的施工技術，以便于日后的發展[7]。

（3）地源熱泵產品質量不高。我國的地源熱泵技術設備研發起步晚，技術水平較低，隨著我國近年來的發展，該方面的技術也逐漸得到發展，并且產品質量也得到提高。但在這方面的技術還是比不上先進的國家，因此還要加大科研力度。

（4）國家政策的扶持力量較弱，在制定該方面的技術規范和標準上的力度尚且不夠，使得這項技術發展緩慢，在該方面需要國家政策的支持，希望得到國家的重視。

1.2 太陽能的應用分析

1.2.1 太陽能優勢概述

太陽能作為一種可再生的清潔資源，是現代最具有期待性的能源之一。地球的太陽能資源異常豐富，獲得的太陽能輻射量大，太陽能利用的條件較為充足。太陽能是可再生資源。在地球過去的歷史中，太陽能的消耗只有百分之二。而這個時間是十一億年，可想而知，太陽能資源的豐富。

（1）太陽能在地球上的覆蓋率高。地球上的任何一個地方都可以被太陽照射，不用運輸。

（2）太陽能無污染。太陽能在使用時不會對地球產生污染，沒有噪音，不影響生態平衡[8]。

1.2.2 太陽能供熱系統的供熱原理

以某浴室工程為實例。

從圖中不難看出太陽能熱水系統的工作原理。由于太陽能熱水系統中的廣泛應用，這方面的技術不再短缺，并且此圖是公共浴室系統原理圖，和高校公共浴室太陽能供熱系統工作原理除地形外，其他都一樣，這里不做細述。

1.2.3 太陽能熱水系統的組成

太陽能供熱系統一般分為三個部分：常溫水供回水部分、冷熱水混合部分和高溫熱水產出部分。

（1）常溫供回水。通過變頻供水泵，常溫水儲存在淋浴間環狀管道中通過回水管流入高溫水箱。

（2）冷熱水混合。分兩種情況，第一種使用常溫水箱，第二種壓力式自控性溫度穩定的裝置混合冷熱水，其中最常用的是常溫水箱，但是這種方式占地面積大，經費高。

（3）高溫熱水部分。加熱方式主要有三種，第一種太陽能集熱板加熱，這個需要值班人員。第二種通過壓縮機加熱，在天氣情況不良時使用。第三種，蒸汽換熱加熱法，由于該加熱系統地處北方，天氣寒冷，所以采用這種加熱方式。

2 太陽能和地熱能在高校公共浴室中的綜合應用分析

盡管我國對地熱能地源熱泵的應用時間較晚，但該能源的應用前景良好，并且地源熱泵已經被列入了我國的新能源發展規劃中。就目前而言，我國已經建成了很多個大型的地源熱泵供熱系統工程，包括北京萬國城MOMA。而且全國各地還有許多待建工程，建設領域包括企業事業單位、溫泉、游泳池等方面。這些工程的成功為我們提供了一定的技術經驗，使得日后的該類工程建設更加順利。一般而言，該類工程大多采用的是土壤耦合熱泵系統，該系統的位置一般都處于建筑物基礎之下，而太陽能作為新式能源的應用歷史比地源熱泵的時間要長，在技術上比地源熱泵的施工更加成熟，并且太陽能供熱系統一般處于地表，和地源熱泵供熱系統的建設位置不交叉，在高校的公共浴室供熱系統建設中，可以將太陽能供熱系統和地源熱泵供熱系統相結合，綜合各自的優勢去掉多余的部分，保留必須的部分，以便于在不同的情況下使用不同的供熱系統，確保高校浴室持續性供應熱水。

2.1 將土壤耦合加熱器與太陽能加熱器分開

在該項目的方案整合中，可以去掉多余的部分，保留必須的部分。一般來說現在建設的地源熱泵供熱系統一般使用的加熱器是土壤耦合加熱器，該加熱系統一般位置處于建筑物地下。然而太陽能加熱系統的加熱器在建設中一般使用的是太陽能集熱板加熱，該裝置一般置于建筑物基礎之上，與地源熱泵的土壤耦合加熱器所處的位置并不沖突，在建設中可以使用該方法。

2.2 管道系統的共用

將地源熱泵供熱系統與太陽能供熱系統結合的想法固然是好，但是由于同時使用了兩種加熱系統，將會增加了經濟成本，增加了設施面積和施工時間，在施工質量方面尚且沒有保證。為了經濟成本的浪費和供熱系統的占地面積和時間的浪費，可以試著在實際施工中根據實際情況和兩種供熱系統的供熱原理，適當的把某些管道建設為共用管道，以減少施工成本和施工面積，綜合減少該項目的建設成本

2.3 可能出現的問題及解決措施

在這兩種供熱系統的結合使用上，可能會出現一些問題，比如高校政策不支持和項目的施工技術沒有達到相應的水平。針對這兩方面，主要是提高施工技術的水平，在施工之前找專業人員事先做好項目設計，再根據設計估算該設想是否可行，如果可行，高校自然支持，如果不行，那就得努力提高設計和施工技術的水平，以取得高校的支持。

3 結語

結合以上所述，將地源熱泵和太陽能供熱系統結合使用的方法理論上是可行的，但是缺乏實例的支持，因此該項目是否得到實施將會對今后該方面技術的使用和發展起到重要作用。

參考文獻：

[1]王永真，羅向龍，陳穎，胡嘉灝，龔宇烈.地熱水雙擊吸收式制冷系統的火用經濟分析[J].廣東工業大學學報，2015.

[2]李瑞霞，王培浩.深淺結合地熱能開發利用工程實例[J].建筑科學，2013.

[3]李建華.淺層地熱能勘察測試技術在地源熱泵建設中的應用.[J]建筑施工，2013.

[4]沈朝，姜益強，姚楊.洗浴中心廢熱回收熱泵熱水系統性能的實驗研究[J].建筑科學，2012.

[5]王靜，成喜雨.北京市淺層地熱能產業發展現狀及對策研究[J].中國國土資源，2014

[6]常紅連.某住宅小區江水源熱泵系統設計[J].江西建材，2016.

[7]呂君.太陽能熱水系統在高校公共浴室中的應用[J].低溫建筑技術，2014.

[8]史敏，王磊，賈磊，鐘瑜.復合供能系統在公共浴室升級改造中應用[J].流體機械，2010.