浅谈太阳能热泵低温地板辐射供暖系统与地源热泵
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摘要：能源的紧缺，启发我们必须的进行新能源的探索和充分的利用可再生能源，例如太阳能，地热能等自然能源，这是低碳环保的要求，也是未来的发展趋势，文章就太阳能低温地板辐射系统和地源热泵系统做了简要介绍。
中图分类号：P754.1 文献标识码：A 文章编号：
前言：随着我国城镇化进程的不断推进，能源需求持续增长，能源供需矛盾也越来越突出，迫在眉睫的问题是，中国究竟该寻求一条怎样的能源可持续发展之路？业内官员和学者认为，为了实现能源的可持续发展，中国一方面必须“开源”，即开发核电、风电等新能源和可再生能源，另一方面还要“节流”，即调整能源结构，大力实施节能减排。
开发新能源和可再生能源是能源可持续发展的应有之义。我国的能源供应结构里，煤炭、石油与天然气等不可再生能源占绝大部分，新能源和可再生能源开发不足，这不仅造成环境污染等一系列问题，也严重制约能源发展，必须下大力气加快发展新能源和可再生能源，优化能源结构，增强能源供给能力，缓解压力。
我们清醒地看到,我国庞大的住宅建设的快速增长是以资源和能源的高消耗为代价换取的，除了利用土地这一最直接的资源以外，住宅能源消耗的增长是住宅建设发展的一大限制因素。当前，由于我国建筑物的保温隔热和气密性能比较差，单位住宅建筑面积采暖能耗为相同气候条件下发达国家的3倍。具体体现在供热品质差（即室温冷热不均），系统热效率差，不仅多耗成倍的能源，而且用户不能自行调节室温。当前采暖费按平方米计费，无助于用户的节能意识，以致出现一些不正常的现象，如室温过高开窗，室温过低投诉，使得设计人员及业主尽量加大锅炉水泵及散热器容量，造成低效率高能耗的重复浪费。目前我国的建筑能耗结构不甚合理，建筑用能仍以煤为主，可再生能源在建筑用能应用中的比例很少。采暖的高能耗不仅造成资源的浪费，而且还是大气污染的一个重要因素。基于以上几个方面的分析，对自然资源的利用是我们亟待开发的项目，包括太阳能和地能。
太阳能低温地板辐射系统：
1.1简述：低温地板辐射供暖是一种利用建筑物内部地面进行采暖的系统，该系统以整个或部分地面作为散热面，其地板散热面主要以辐射热的形式（约占总热量的61.25％）[16]向室内散热。低温地板辐射采暖作为冬季的一种采暖形式，在国外早在20世纪30年代就得到了应用，在国内20世纪50年代在人民大会堂、华侨饭店等工程中也有所应用，但是在由于受到材料工业和技术条件的限制，地板供暖技术受到了制约。
随着我国塑料化工工业的发展，出现了耐高温、高压、抗老化、易弯曲的PEX、PPR、PB、XPAP等塑料管道，为低温地板辐射供暖技术提供了可靠的材料保证，与金属材料相比塑料管具有耐腐蚀、抗老化、成本低，地面下无接口、不易结垢、阻力小等优点，一般塑料管道使用寿命可达50年以上。
低温热水地板辐射采暖采用低于60℃的低温水作为热媒，通过直埋入建筑物地板内的交联铝塑复合管（PAP,XPAP）或交联聚乙烯管（PE-X）等盘管辐射而达到一种方便灵活的采暖形式。
1.2特点：
1.2.1 舒适卫生：由于辐射强度和温度的双重作用，减少了四周表面对人体的冷辐射，室内地表温度均匀，室温由下而上逐渐递减，改变了散热器采暖室温上高下低的分布状况，给人以头凉脚暖的良好感觉，造成了真正符合人体散热及生理要求的热状态，符合我国传统医学“温足凉顶”的健身理论，可以改善血液循环，促进新陈代谢，具有最佳的舒适感和保健功能。
1.2.2 高效节能：在建立同样舒适的前提下，因为辐射供暖方式较对流供暖方式热效率高，可节能约35％左右。所以室内设计温度可以比其他采暖方式降低2℃。
1.2.3热稳定性好由于地面层及混凝土层蓄热量大，热稳定性好，因此在间歇供暖的条件下，室内温度变化缓慢。
1.2.4使用面积增加，方便装修：室内取消了散热器及其立支管，不但不占用建筑面积，而且房间可以任意分隔，根据实际测算，平均可以增加室内5％左右的使用面积，等于降低了房屋造价。而且使室内既美观，又便于装修和家具布置。
1.2.5 清洁卫生：地板采暖室内空气平均流速小，能有效减少因空气急剧流动而引起的尘埃飞扬，以及明装散热设备和管道积尘面受热挥发的异味，减少室内空气污染。同样，低温热水地板辐射采暖也存在初投资较高，层高及荷载增加，土建费用增加，可维修性差等不足之处。
1.3太阳能地板采暖主要有两种形式，一种是间歇运行系统，是指太阳能供暖系统在日间收集太阳能并蓄存起来，在夜间运行对房间供暖的系统形式。这种系统结构简单实用，初投资相对较低。此系统适合于冬季室外温度不太低，日照充足的地区，如我国华北西北的一些地区，以及西南的部分地区。利用南向的蓄热墙体和地面，白天基本不需要热源就可以维持16℃左右的室温。如果白天的蓄热温度为40℃，夜间靠水箱中水的温降来供暖，其最终水温也不会低于30℃，也能基本满足热源要求。但目前采暖区的绝大多数建筑白天也需要热量供给，而且由于太阳能利用受气候，天气的影响很大，所以连续运行的太阳能地板采暖间接式系统是适用更广泛的一种系统形式。即太阳能集热系统和采暖系统是两个独立的系统，两个系统采用换热器换热的形式进行热量交换。为了保证系统连续运行，太阳能采暖系统必须有其他的辅助热源作为保障。辅助热源的形式可以灵活考虑。如果太阳能供暖效率高，可以采用电加热辅助热源，否则从经济性考虑，配合燃气壁挂炉使用是比较合理的。
地源热泵：
2.1简介：地源热泵最早于1912年瑞士的一份专利文献中提出，它是一种利用地下浅层低温地热资源（常温土壤或地下水）来实现制冷制热的高效节能热泵系统，利用地能分别可以在冬季作为热泵供暖，同时大地储存冷量，以备夏季供冷使用；相反在夏季作为冷源，同时储存热量以备冬季使用。
2.2特点：
2.2.1地源热泵属于可再生能源，由于其可在冬夏两季交互地蓄存冷热量，同时地球表面吸收并蓄存了47％的太阳能，此能量是人类每年利用能量的总和的500倍之多，这种蓄存于地表浅层的近乎无限的能源是取之不尽用之不竭的可再生能源，符合能源可持续性发展的趋势。
2.2.2地源热泵的污染物排放，仅相当于空气源热泵的60％，是普通锅炉供暖系统的30％。虽然其也采用制冷剂，但是比常规空调装置减少了25％的充满量，是真正的环保型系统。
2.2.3地源热泵属经济高效的冷（热）源，其利用的地能或地表浅层地能的温度一年四季相对稳定，冬季比环境空气温度高，夏季比环境空气温度低，是很好的热泵热源和空调冷源，这种稳定温度使得地源热泵的COP值比较高，夏季约为4.1（传统冷源2.9），冬季3.1（传统热泵2.8），节能以及节约运行费用达40％，另外地能由于温度稳定，这就使热泵机组运行更可靠、稳定，保证了系统的稳定性、高效性、经济性。
2.2.4地源热泵可以一机多用。它可以用于供暖、空调、生活热水，其适合于宾馆、商场、办公楼、学校、住宅，更适合于别墅，是一种极具发展潜力的中央空调冷(热)源。
需要解决的问题：
3.1对于地源热泵的经济性显示，其运行时间越长，效率高的特点发挥的就越好，如果全年运行，即冬季供暖、夏季用于空调、春秋季节产生卫生热水等联合运行，其节能效果会更加突出，而对于多端的联合运行，所需热泵容量的匹配以及与各端容量的耦合还有待研究。
3.2 低温地板辐射供冷由于地面在温度较低时容易结露或即使不结露也会使室内空气湿度升高，使室内环境变差，降低室内湿度是夏季采用地板供冷的关键，也是地源热泵与地板辐射供暖（供冷）联合运行的关键所在。如何降低室内的空气湿度还有待从理论到措施的研究。
3.3 由于地源热泵所用浅层大地的地能，而埋管换热器的传热受到土壤的直接影响，故各地区土质对地源热泵的工作性能影响较大，具体埋地换热器的换热特性，在设计中如何选择埋地换热器也是制约地源热泵推广的重要因素之一，有待在这一方面进一步研究。
结束语：能源的日益紧缺，建筑耗能的日益增加，呼吁我们每一个建筑工作者对新能源的利用以及探讨，对于暖通工程师，我们要从我们的角度对能源的充分利用做出我们的贡献，更多得开发利用新能源，更充分的利用大自然给我们的能源，就像太阳能，地热能等。
参考文献：
【1】曲云霞等 地源热泵及其应用分析 可再生能源 2002 第4期 7-13
【2】王勇 地源热泵的技术经济分析 建筑热能通风空调 2001 第5期12-13
【3】张烨 低温地板辐射采暖的可行性分析 能源研究与利用 2002 第5期 33-36
【4】于慧俐 茅清希 低温地板辐射采暖系统的经济性分析建筑热能通风空调 2002