一.研究背景與意義
隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和科技的進(jìn)步，能源和環(huán)境成為世界上突出的兩大社會(huì)問題，能源對(duì)人類的重要性使人們?cè)絹?lái)越重視可再生能源技術(shù)的應(yīng)用。我國(guó)太陽(yáng)能熱利用主要集中在被動(dòng)式太陽(yáng)能住宅采暖和熱水器提供熱水，而主動(dòng)太陽(yáng)能的開發(fā)利用相對(duì)落后。
該復(fù)合系統(tǒng)能有效克服太陽(yáng)能固有的不連續(xù)性和間歇性，在實(shí)現(xiàn)高效節(jié)能的同時(shí)減少環(huán)境污染。相變儲(chǔ)能技術(shù)可以通過(guò)相變材料實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)能和釋能。因此，將再生水源熱泵技術(shù)、太陽(yáng)能技術(shù)與相變儲(chǔ)能技術(shù)相結(jié)合無(wú)疑是最佳選擇，具有很大的發(fā)展?jié)摿蛻?yīng)用前景。
二.研究?jī)?nèi)容
圖1為復(fù)合供熱系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，它由太陽(yáng)能集熱器、熱循環(huán)泵、低溫儲(chǔ)罐、熱泵機(jī)組、用戶循環(huán)泵、電輔加熱器、高溫水箱相變儲(chǔ)能材料、風(fēng)機(jī)盤管、控制器等組成。機(jī)組的熱泵機(jī)組通過(guò)低溫水箱，機(jī)組在夜間低谷電價(jià)時(shí)，蒸發(fā)得到低溫水箱的熱量。低溫水箱中儲(chǔ)存的熱量白天由太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)產(chǎn)生，晚上熱泵從低溫水箱中獲取低檔熱能，通過(guò)熱泵的加熱循環(huán)，釋放出高品位的熱量。
一部分熱量?jī)?chǔ)存在高溫水箱中，另一部分熱量將直接提供給風(fēng)機(jī)盤管供熱，用于夜間供暖。在高溫水箱中加入一定量的相變材料，以提高水箱內(nèi)水的蓄熱能力和熱潛熱能力，夜間通過(guò)熱泵將中水和高溫水箱的相變材料中儲(chǔ)存的熱量提供給風(fēng)機(jī)盤管機(jī)組電價(jià)高峰時(shí)的室內(nèi)采暖。
關(guān)閉太陽(yáng)能熱水采暖系統(tǒng)，來(lái)自低溫水箱的水進(jìn)入水源熱泵，經(jīng)過(guò)熱泵循環(huán)加熱后，熱量?jī)?chǔ)存在高溫水箱中，由風(fēng)機(jī)盤管機(jī)組提供內(nèi)部熱量。表1為系統(tǒng)的性能系數(shù)工況，表中顯示水源熱泵單獨(dú)運(yùn)行時(shí)的能效比為6.72，系統(tǒng)功耗為131kw/h、該機(jī)組不僅能滿足室內(nèi)采暖要求，而且具有較高的功率和能效系數(shù)。
關(guān)閉水源熱泵機(jī)組，低溫水經(jīng)太陽(yáng)能集熱器加熱后進(jìn)入熱水箱，由風(fēng)機(jī)盤管向室內(nèi)供熱。表2為性能系數(shù)工況，表中太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)熱損失率為0.435，總功耗為5.833kw，再生水通過(guò)太陽(yáng)能集熱器具有顯著的增溫作用，系統(tǒng)熱損失率較低。
從圖2到圖4可以清楚地看到凝結(jié)水側(cè)供回水溫度、流量和流速的變化。供回水溫度變化趨勢(shì)穩(wěn)定，供水溫度在35℃以上，回水溫度基本保持在28℃左右。由于峰谷用電政策，水源熱泵在用電低谷啟動(dòng)，因此熱泵在18～22時(shí)不工作，冷凝側(cè)流速和流量均為零。
從圖5到圖7可以看出，再生水水源熱泵在高峰電價(jià)時(shí)不工作，在電價(jià)谷點(diǎn)啟動(dòng)，熱泵工作時(shí)工作電壓、電流穩(wěn)定，單位功率可達(dá)0.35kw，充分利用后系統(tǒng)運(yùn)行成本大大降低。
從圖8到圖10可以看出，太陽(yáng)能熱水供暖系統(tǒng)回水溫度約為6℃，供水溫度約為11℃，太陽(yáng)輻射最強(qiáng)時(shí)14時(shí)最高為16℃。系統(tǒng)的溫差可達(dá)到5℃以上，熱效應(yīng)好，系統(tǒng)的速度和流量穩(wěn)定。
在復(fù)合供熱系統(tǒng)中，再生水源熱泵的能效比可以達(dá)到8.02，太陽(yáng)能熱水供暖系統(tǒng)的熱損失率為0.378，系統(tǒng)總功耗為80kw/h、系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，節(jié)能效果明顯，利用相變儲(chǔ)能原理，使復(fù)合供熱系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了調(diào)峰降功率，降低了系統(tǒng)的電耗，提高了系統(tǒng)的效率。
三.結(jié)論
通過(guò)與再生水源熱泵和太陽(yáng)能熱水供暖系統(tǒng)的比較，可以看出復(fù)合供熱系統(tǒng)運(yùn)行成本低，再生水水源熱泵的能效比大大提高，太陽(yáng)能熱水供暖系統(tǒng)的熱損失降低，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，電加熱基本上不需要打開。復(fù)合供熱系統(tǒng)彌補(bǔ)了傳統(tǒng)太陽(yáng)能系統(tǒng)和熱泵系統(tǒng)各自的不足。它具有熱效率高、形式多樣、布置靈活、適用范圍廣等優(yōu)點(diǎn)，熱性能系數(shù)高，在能源和環(huán)境問題亟待解決的今天，水源熱泵與相變儲(chǔ)能相結(jié)合的供熱技術(shù)具有推廣意義。與風(fēng)機(jī)盤管系統(tǒng)聯(lián)合運(yùn)行時(shí)的顯著節(jié)能效果將引起研究者的關(guān)注。
