太陽能

田春雨

摘 要 目前北方地區(qū)供暖仍以燃?xì)鉃橹鳎細(xì)夤┡ㄟ^燃燒的方式，將煤炭和天然氣資源的能量轉(zhuǎn)換為熱能，在能量轉(zhuǎn)換過程中不可避免的會對當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境，造成影響與破壞。空氣源熱泵供暖系統(tǒng)，可以更為環(huán)保的完成冬季供暖任務(wù)。文章針對空氣源熱泵供暖系統(tǒng)應(yīng)用現(xiàn)狀，深入分析探討系統(tǒng)中存在問題與不足，并提出優(yōu)化策略。

關(guān)鍵詞 太陽能;空氣源熱泵;優(yōu)化研究

我國在空氣源熱泵供暖系統(tǒng)的研究上起步較晚，但近年來進(jìn)展迅速，取得了許多研究成果，供暖系統(tǒng)技術(shù)也相對成熟，但在東北、西北等嚴(yán)寒地區(qū)，由于室外溫度低，供暖系統(tǒng)負(fù)荷大等因素決定，現(xiàn)有供暖系統(tǒng)效能偏低。文章基于上述問題，通過實(shí)際案例探討空氣源熱泵供暖系統(tǒng)的優(yōu)化方法。

1空氣源熱泵供暖系統(tǒng)運(yùn)行模式分析

目前，我國應(yīng)用最為廣泛也最具備研究價(jià)值的空氣源熱泵供暖系統(tǒng)，是以熱泵與太陽能相結(jié)合的能源利用方式運(yùn)行的，文章也以此類空氣源熱泵供暖系統(tǒng)進(jìn)行研究。供暖系統(tǒng)主要有室溫控制模式、時(shí)間控制模式兩種運(yùn)行方法。

（1）室溫控制模式。室溫控制模式是最為常見的系統(tǒng)控制模式之一，通過室內(nèi)的溫度傳感器獲取室內(nèi)溫度，并根據(jù)預(yù)設(shè)的溫度控制區(qū)間控制供暖系統(tǒng)，確保室內(nèi)溫度始終處于適宜的范圍內(nèi)。但在氣溫極低的嚴(yán)寒環(huán)境中，室溫控制模式無法保障系統(tǒng)的高效運(yùn)行，室溫控制也不夠理想。

（2）時(shí)間控制模式。時(shí)間控制模式是通過系統(tǒng)預(yù)設(shè)的供暖時(shí)間，控制供暖系統(tǒng)工作的運(yùn)行模式。通過預(yù)設(shè)的工作時(shí)間表，供暖系統(tǒng)進(jìn)行間歇性的工作，在確保室內(nèi)溫度適宜的前提下，可以減少在效率偏低時(shí)間段運(yùn)行的時(shí)間，實(shí)現(xiàn)了節(jié)能減排的環(huán)保目標(biāo)。時(shí)間控制模式是否高效的核心因素，是系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)間規(guī)劃的是否合理[1]。

2空氣源熱泵供暖系統(tǒng)分析

（1）室溫控制模式運(yùn)行分析。室溫控制模式的優(yōu)點(diǎn)在于，供暖系統(tǒng)控制是基于室內(nèi)溫度進(jìn)行的，整個(gè)供暖過程中溫度波動范圍較小，更容易滿足人體對溫度的舒適性需求。但室溫控制模式也存在明顯的缺點(diǎn)，例如，對室外環(huán)境變換不夠敏感，不能根據(jù)室外的溫度變換對空氣源熱泵進(jìn)行動態(tài)的調(diào)整與控制，在室外溫度較低時(shí)，系統(tǒng)工作效率極低。

在0點(diǎn)-12點(diǎn)以及19點(diǎn)-24點(diǎn)的時(shí)間段中，室外溫度均低于-20℃。在該時(shí)間段，空氣源熱泵的供水溫度明顯低于其他時(shí)間段，可見室溫控制模式下的空氣源熱泵容易受到低溫環(huán)境影響，出現(xiàn)運(yùn)行效能低的情況，造成了空氣源熱泵的能源浪費(fèi)，違背了節(jié)能減排的能源利用目標(biāo)。

（2）時(shí)間控制模式分析。時(shí)間控制模式是針對嚴(yán)寒地區(qū)設(shè)計(jì)的一種運(yùn)行模式，以便空氣源熱泵系統(tǒng)可以在低溫環(huán)境下繼續(xù)供暖。時(shí)間控制模式下室內(nèi)溫度變化情況如圖1所示。

在時(shí)間控制模式下，空氣熱源系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)間約為8小時(shí)，運(yùn)行時(shí)間相對固定，均為每天的11點(diǎn)-19。該時(shí)間段的室外溫度相比其他時(shí)間段較高，可以大幅度的提升空氣源熱泵的工作效率，根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可以看出，當(dāng)日室內(nèi)最大溫度值為21.32℃，最小溫度值為17.37℃，溫度差值約為3.95℃，當(dāng)日內(nèi)24小時(shí)室內(nèi)平均溫度約為19.45℃，可以滿足人體對氣溫的舒適度要求，低溫地板輻射供暖方式下地板及墻體具有出一定的蓄熱能力。19帶你空氣源熱泵停止工作后，20點(diǎn)室內(nèi)溫度才到達(dá)峰值。綜上分析，時(shí)間控制模式可以有效緩解室溫控制模式的各項(xiàng)弊端，大幅度的提高空氣熱源泵的工作效率，減少熱泵運(yùn)行時(shí)間[2]。

（3）節(jié)能分析。室溫控制模式下，空氣源熱泵的運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間是不斷變化的，當(dāng)在夜間低溫環(huán)境下運(yùn)行時(shí)，空氣源熱泵的的瞬時(shí)制熱量平均值約為9.63kW。在時(shí)間控制模式下，由于可以人為的選擇合適的運(yùn)行時(shí)間，可以避免長時(shí)間的低溫制熱情況，其瞬時(shí)制熱量平均值可以達(dá)到12.28kW。可以看出時(shí)間控制模式下的空氣源熱泵工作效能遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于室內(nèi)控制模式下。

上述工作效率差異，在平均溫度低于-20℃的嚴(yán)寒環(huán)境下體現(xiàn)的更為明顯。為了更為深入的對比兩種控制方式在節(jié)能方面上的差異，進(jìn)行了對比實(shí)驗(yàn)，在平均氣溫-23℃的環(huán)境下，實(shí)驗(yàn)房內(nèi)一天的耗熱量約為97.74kW/h，在時(shí)間控制模式下，空氣源熱泵需要工作9.2h才可以滿足好熱需求，而在時(shí)間控制模式下，僅需要7.9h就可以滿足上述需求。同時(shí)在太陽能與熱泵的復(fù)合能源供應(yīng)模式下，兩種模式的能源消耗差異更為巨大，時(shí)間控制模式下可以將熱泵的工作時(shí)間盡量鎖定在太陽輻射能量最大，室外溫度最高的時(shí)間段，在系統(tǒng)在具備高效加熱效率的同時(shí)，也處于低能源消耗的狀態(tài)下，從而明顯縮短系統(tǒng)工作時(shí)間，節(jié)能優(yōu)勢十分明顯，同時(shí)也可以提高太陽能能源的利用效率，讓供暖系統(tǒng)更為環(huán)保。

參考文獻(xiàn)

[1] 武曉偉，李潔.嚴(yán)寒地區(qū)太陽能-空氣源熱泵供暖系統(tǒng)優(yōu)化運(yùn)行試驗(yàn)研究[J].工程熱物理學(xué)報(bào)，2019，40（4）：900-906.

[2] 楊佳林，崔紅社，姜鍍輝，等.寒冷地區(qū)空氣源熱泵輻射供暖系統(tǒng)運(yùn)行策略模擬研究[J].建設(shè)科技，2018（19）：21-24，30.