東北地區(qū)利用太陽(yáng)能-污水源熱泵集成供暖的可行性研究

一、課題名稱(chēng)東北地區(qū)利用太陽(yáng)能-污水源熱泵集成供暖的可行性爭(zhēng)論二、課題來(lái)源及爭(zhēng)論的目的和意義爭(zhēng)論的目的和意義建筑節(jié)能是當(dāng)前世界建筑進(jìn)展的一個(gè)根本趨勢(shì)點(diǎn)。[1]而在當(dāng)今社會(huì)，建筑能耗伴隨著建筑數(shù)量的不斷增加和人們對(duì)室內(nèi)環(huán)境舒適度要求的2000年建筑用商品能源消耗已占當(dāng)年全社會(huì)終端27.8%[2]40%。在我國(guó)，建筑用能主要以煤、燃油、燃?xì)獾葌鹘y(tǒng)能源為主，隨著國(guó)際能源形勢(shì)的日趨緊急以及傳統(tǒng)能源燃燒排放物帶來(lái)的種種問(wèn)題，[2]由此可見(jiàn)，建筑能耗的持續(xù)劇增，將導(dǎo)致全社會(huì)能源枯竭，因此，“節(jié)能減排”與“低碳生活”不能只作為一種概念，而應(yīng)有相關(guān)的技術(shù)所支撐。在這樣的背景下，高效、節(jié)能、經(jīng)濟(jì)、環(huán)保的各項(xiàng)技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。依據(jù)我國(guó)嚴(yán)寒地區(qū)〔主要指標(biāo)：最冷月平均溫度≤-10℃，關(guān)心指標(biāo)：日平均溫度≤5℃的天數(shù)≥145d〕的實(shí)際狀況，其冬季嚴(yán)寒而漫長(zhǎng)，假設(shè)不實(shí)行有效的采暖措施，人們將無(wú)法正起著極為重要的作用[3]。因此，為保證嚴(yán)寒地區(qū)冬季室內(nèi)環(huán)境的舒適度，所消耗的采暖能耗領(lǐng)域的節(jié)能有著重大意義。太陽(yáng)能-地源熱泵集成供暖的可行性分析本課題欲承受太陽(yáng)能-地源熱泵集成供暖技術(shù)解決嚴(yán)寒地區(qū)采暖能耗量巨大的問(wèn)題。其在技術(shù)上是具有可行性的。太陽(yáng)能優(yōu)勢(shì)2070年月能源危機(jī)以來(lái)，太陽(yáng)能逐步成為國(guó)內(nèi)外爭(zhēng)論的重點(diǎn)，最近爭(zhēng)論說(shuō)明，到2050年核能將占第一位，太陽(yáng)能占其次位；21世紀(jì)末，太陽(yáng)能將取代核能占第一位。太陽(yáng)每年輻射到地球外表的能量巨大，約為50×1018kJ1.3萬(wàn)倍[4]，利用的潛力很大，而且對(duì)太陽(yáng)能的利用不會(huì)對(duì)地球的熱平衡產(chǎn)生影響，也不會(huì)造成環(huán)[5]我2000h2800-3300h，屬于太陽(yáng)能利用較有利的地域。地?zé)崮軆?yōu)勢(shì)小。依據(jù)測(cè)定，地下10m深處的土壤溫度相當(dāng)于該地區(qū)全年平均氣溫，多數(shù)狀況下比氣溫高1-2為2.2-3.2。[6]季取用。太陽(yáng)能-地源熱泵集成應(yīng)用的必要性1.1-1.2kW1／5左右。同時(shí)太陽(yáng)能因受晝夜、季節(jié)、緯度和海拔高度等自然條件的限制和陰雨天氣等隨機(jī)因素積，而且還需要有蓄熱裝置，這就使得設(shè)備的初投資增加，限制了其推廣應(yīng)用。對(duì)于地?zé)崮堋赖臏囟葓?chǎng)得不到有效恢復(fù)，從而對(duì)該類(lèi)地區(qū)冬季供暖造成很大影響。[8]由于太陽(yáng)能和地?zé)崮芫嬖谥髯缘牧觿?shì)，故本課題擬承受太陽(yáng)能-地源熱泵集成供熱取熱的平衡，從而使得地下溫度場(chǎng)保持穩(wěn)定變化，機(jī)組運(yùn)行工況穩(wěn)定。期，并且可以減小地埋管換熱器的埋地深度和占地面積；又可以避開(kāi)太陽(yáng)能受天氣、季節(jié)、日照時(shí)間以及晝夜變化的影響，實(shí)現(xiàn)嚴(yán)寒地區(qū)冬季的連續(xù)供暖。[9]三、國(guó)內(nèi)外在該方向的爭(zhēng)論現(xiàn)狀及分析地源熱泵簡(jiǎn)介[13]Groundsourceheatpum〕Geothermalheatpum，它是一種利隨外界環(huán)境溫度的變化而變化，所以不管是冬季供暖，還是夏季制冷，地源熱泵的COP都[10-12]熱泵、水源熱泵、地?zé)釤岜?、閉環(huán)熱泵、太陽(yáng)能熱泵等。這些系統(tǒng)的工作原理根本一樣。[13]相對(duì)于國(guó)外，我國(guó)對(duì)地源熱泵技術(shù)爭(zhēng)論起步和進(jìn)展較晚。但是依據(jù)“綠色奧運(yùn)、科技奧運(yùn)、人文奧運(yùn)”的要求，2008年的北京奧運(yùn)會(huì)，在體育場(chǎng)館、運(yùn)發(fā)動(dòng)村等奧運(yùn)會(huì)建筑中廣泛承受了太陽(yáng)能、地?zé)崮艿瓤稍偕茉矗⒊惺芨咝?、清潔的常?guī)能源利用技術(shù)，這在肯定程度上代表了國(guó)際上最先進(jìn)的用能方式方向。同時(shí)對(duì)國(guó)內(nèi)其他地區(qū)地源熱泵的進(jìn)展也將產(chǎn)生肯定的樂(lè)觀作用。[13]太陽(yáng)能供暖簡(jiǎn)介歐洲、北美對(duì)太陽(yáng)能供熱(熱水、采暖)系統(tǒng)“SolarHeating”的工程應(yīng)用已有幾十年歷史，過(guò)去主要用于單體建筑——“太陽(yáng)能建筑”和“零能建筑”內(nèi)的小型系統(tǒng)；但近十余年來(lái)，包括區(qū)域供熱在內(nèi)的大型太陽(yáng)能供熱采暖綜合系統(tǒng)“SolarCombisystems”的工程應(yīng)用有較快發(fā)2000BMBF(聯(lián)邦教育科技部)和BMWi(聯(lián)邦經(jīng)濟(jì)技術(shù)部)實(shí)施了太陽(yáng)能區(qū)域供熱政府工程——“Solarthermie-2000—Part3：Solarassisteddistrictheating”；至200312個(gè)太陽(yáng)能區(qū)域供熱示范工程——84座短期蓄熱小區(qū)熱力站。[14]目前我國(guó)的太陽(yáng)能供熱采暖工程應(yīng)用仍處于起步階段暖試點(diǎn)工程包括北京清華陽(yáng)光能源開(kāi)發(fā)有限責(zé)任公司和北京桑普陽(yáng)光技術(shù)的辦公熱采暖(小區(qū)熱力站)工程則還沒(méi)有應(yīng)用實(shí)踐。[15]太陽(yáng)-地源熱泵集成供暖系統(tǒng)的爭(zhēng)論現(xiàn)狀及分析2050Jodan和Therkeld就指出了太陽(yáng)能熱泵的優(yōu)越性，即可同時(shí)提高太陽(yáng)能集熱器效率和熱泵系統(tǒng)性能。隨后，日本、美國(guó)、瑞典、澳大利施了多項(xiàng)太陽(yáng)能關(guān)心熱泵示范工程，例如賓館、住宅、學(xué)校、醫(yī)院、圖書(shū)館以及游泳館等，取得了肯定的經(jīng)濟(jì)效益和良好的社會(huì)效益[16-18]對(duì)太陽(yáng)能熱泵進(jìn)展了大量的爭(zhēng)論[19-20]SolarKing系列太陽(yáng)能熱泵供熱設(shè)備以及澳大利亞的Quantum系列太陽(yáng)能熱泵熱水器等就是比較典型的產(chǎn)品范例。我國(guó)對(duì)太陽(yáng)能熱泵的爭(zhēng)論起步較晚驗(yàn)及理論爭(zhēng)論，取得了肯定的成果。天津大學(xué)對(duì)串聯(lián)式太陽(yáng)能熱泵供熱水系統(tǒng)(承受真空管集熱器)進(jìn)展了試驗(yàn)爭(zhēng)論和理論分析，結(jié)果說(shuō)明，該系統(tǒng)可以一年四季牢靠運(yùn)行，向用戶(hù)提供50℃生活熱水，COP到達(dá)2.64-2.85(冬)，2.61-3.5(夏)[21]。青島建筑工程學(xué)院對(duì)串聯(lián)式太工作穩(wěn)定，COP平均值到達(dá)2.71，具有明顯的節(jié)能效果。上海交通大學(xué)對(duì)直膨式太陽(yáng)能熱45-50150L，每天耗電量約為1kWh〔夏〕-2kWh〔冬，其分體式構(gòu)造尤其適合于高層或多層建筑，此外，這種熱水器—土壤源熱泵交替供暖運(yùn)行進(jìn)展了試驗(yàn)爭(zhēng)論，測(cè)得其總體平均熱泵COP2.78[22]。規(guī)和規(guī)章方法，大力提倡在建筑中應(yīng)用能源和可再生能源。例如，國(guó)家經(jīng)貿(mào)委于2001年10月印發(fā)了《能源和可再生能源產(chǎn)業(yè)進(jìn)展“十五”熱利用，指出要“爭(zhēng)論和開(kāi)發(fā)太陽(yáng)能熱利用、采暖、空調(diào)等與建筑一體化技術(shù)”等[23]。四、本課題的主要爭(zhēng)論內(nèi)容調(diào)查嚴(yán)寒地區(qū)地源熱泵應(yīng)用狀況，并分析其使用中消滅的問(wèn)題。針對(duì)問(wèn)題，提出解決方法，即應(yīng)用太陽(yáng)能-地源熱泵集成供暖技術(shù)。收集既有工程實(shí)例，尋求理論支撐，并做經(jīng)濟(jì)分析〔初投資及運(yùn)行費(fèi)用計(jì)算。依據(jù)嚴(yán)寒地區(qū)實(shí)際狀況，確定并優(yōu)化適宜該地區(qū)的系統(tǒng)形式。以某一建筑模型為例，對(duì)太陽(yáng)能-地源熱泵集成供暖系統(tǒng)進(jìn)展供熱量計(jì)算。歸納總結(jié)該系統(tǒng)應(yīng)用方案的優(yōu)點(diǎn)及尚存問(wèn)題。五、課題爭(zhēng)論方案及進(jìn)度安排，預(yù)期到達(dá)的目標(biāo)2010.09—2010.10：查閱大量論文，學(xué)習(xí)相關(guān)理論學(xué)問(wèn)，撰寫(xiě)開(kāi)題報(bào)告。2010.11—2011.01：收集既有工程的有關(guān)資料，爭(zhēng)論其方案的可行性及優(yōu)缺點(diǎn)。2011.02—2011.03：針對(duì)嚴(yán)寒地區(qū)氣候特點(diǎn)，確定適宜該地區(qū)建筑承受的系統(tǒng)形式。2011.04—2011.08：構(gòu)造集成應(yīng)用系統(tǒng)的建筑模型，并計(jì)算其供熱量。2011.09—2011.10：整理計(jì)算所得數(shù)據(jù)，并進(jìn)展分析。2011.11—2012.04：完成畢業(yè)論文。六、為完成課題已具備和所需的條件和經(jīng)費(fèi)計(jì)算機(jī)。與課題相關(guān)的參考論文及資料。試驗(yàn)室已有的儀器和設(shè)備。導(dǎo)師課題費(fèi)可供給的支持。七、估量爭(zhēng)論過(guò)程中可能遇到的困難和問(wèn)題以及解決的措施太陽(yáng)能-地源熱泵技術(shù)在我國(guó)的進(jìn)展仍舊不是很成熟，因此相關(guān)參考文獻(xiàn)和工程實(shí)例還主要參考文獻(xiàn)：[1]劉培琴，劉淑敏.我國(guó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