中國沈陽建筑大學的研究人員提出了一種基于太陽能-空氣源熱泵(SASHP)和熱網支持的新型嚴寒地區供暖系統。基于熱網的太陽能-空氣源熱泵耦合供暖系統(NH-SASHP)以熱網為支持負荷,在夜間維持低負荷供暖,并在供暖需求高時減輕熱泵的電力負擔。
“在清潔能源供暖應用中,熱源穩定性制約了我國嚴寒地區冬季低碳供熱的發展,”該小組表示,“為確保傳統能源向清潔能源供暖模式平穩轉型,以我國嚴寒地區某辦公樓供暖系統為研究對象,研究了傳統能源與清潔能源耦合供暖系統的可行性。”
研究首先調查了該系統在中國東北沈陽一棟實際辦公樓中的使用情況。目前,該建筑面積為 236 平方米,采用空氣源熱泵 (ASHP) 將溫度加熱至 20 攝氏度。通過分析最冷月份 1 月(平均氣溫為 -12.23 攝氏度)的 ASHP 性能,學者發現三層樓中有兩層未能達到 20 攝氏度的目標溫度。
“供暖溫度達不到設計要求的原因有三個,”該集團強調。“第一是空氣源熱泵設備容量不足,第二是夜間不供暖,第三是空氣源熱泵的供暖能力受到環境溫度的顯著影響。”
為了解決這些問題,該團隊提出了一種使用 TRNSYS 軟件模擬的 NH-SASHP 設置,該軟件基于從建筑物收集的數據。ASHP 的最大加熱容量為 15 kW,最大輸入功率為 5.19 kW,最大性能系數 (COP) 為 3.66。中央供暖系統的模擬熱負荷為 30 kW,熱交換面積為 0.7 m2。太陽能集熱器的面積為 127 m2,儲水箱的體積為 1 m3。
該系統配置為在室溫降至 20 C 以下時使用 ASHP。當太陽能集熱器入口和出口之間的溫差超過 8 C 時,它也會啟動,當溫差低于 2 C 時停止。當室溫降至 16 C 以下時,供暖網主要在夜間啟動,一旦室溫達到 18 C,供暖網就會停止。在供暖月份,當平均室外溫度為 -5.39 C 且太陽輻射強度為 1004.48 kJ/h/m2 時,該系統被激活工作。
“NH-SASHP 系統在供暖季節的總用電量為 4,629.82 千瓦時。與 ASHP 和 SASHP 系統相比,它分別減少了 4,779 千瓦時和 2,463.73 千瓦時,能源效率分別達到 50.79% 和 34.73%”,科學家說。“太陽能貢獻率在 35.47%–64.85% 范圍內波動,太陽能貢獻率越高,NH-SASHP 系統的 COP 改善越大。”
結果表明,所提出的系統的 COP 范圍為 4.25 至 10.11。3 月份,NH—SASH 系統 COP 提升幅度最大,比 ASHP 系統高出 166.75%。根據研究結果,NH-SASHP 的運行成本為人民幣 7,568 元(1,045 美元),約為 ASHP 系統的 72.3% 和 SASHP 系統的 81.5%。
該系統在《能源與建筑環境》雜志發表的《我國嚴寒地區基于熱網的太陽能-空氣源熱泵耦合供暖系統研究》中提出。