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摘 要：基于能源问题对经济发展与国家安全所产生的巨大影响，中央提出了一系列节能减排的可持续发展政策方针，因此，可再生能源在各领域中的应用是技术进步和经济发展的需要。随着2006年1月《可再生能源法》的正式颁布实施与《中华人民共和国节约能源法》中新增的对高耗能特种设备实行节能审查和监管的要求，太阳能、地源热泵采暖联合采暖技术的应用越来越受到人们的重视。
关键词：太阳能；地源热泵技术；可再生能源；联合采暖
中图分类号：TU832.1+7文献标识码： A 文章编号：
太阳能是永不枯竭的清洁能源，量大，资源丰富，绿色环保。太阳能技术也是可再生能源应用的主要应用方向之一。中国《可再生能源法》的颁布和实施，为太阳能利用产业的发展提供了政策保障；京都议定书的签定，环保政策的出台和对国际的承诺，给太阳能利用产业带来机遇；西部大开发，为太阳能利用产业提供巨大的国内市场；中国能源战略的调整，使得政府加大对可再生能源发展的支持力度，中国太阳能利用产业迎来了巨大的发展机遇。而高耗能特种设备的节能工作已成为我国节能减排国家战略的主要内容之一，并已纳入法制体系中。新疆地源热资源丰富、节能潜力巨大，受到了各级政府、企事业单位及广大工程技术人员、科研人员的高度重视和广泛关注。太阳能与地源热泵联合采暖技术的应用与推广无疑能更好的发挥二者的节能、环保效益。
1.太阳能与地源热泵联合采暖在养护区、服务区的应用前景
新疆属于太阳能资源比较丰富的区域，新疆水平表面太阳能年辐射总量在5300-6700兆焦耳／平方米•年之间，年峰值日照时数在1600-2200小时之间，太阳能光热和光能资源优势明显，所以太阳能技术在新疆有广阔的应用前景。
地源热泵技术和太阳能技术自身存在一定的局限性，如果两种能源能够联合使用，这样能互相弥补自身的不足，提高资源利用率。
地源热泵系统存在土壤温度场的恢复问题，即随着地源热泵系统连续长期的运行，会从地下过多的取热或过多的散热，造成地下温度场的波动，降低机组的COP值，增加系统的能耗。
太阳能也具有一些缺点：
a．太阳能的能流密度低。虽然到达地球表面的太阳能102000TW，但即使在太阳能资源较丰富的沙漠地区，考虑到太阳集热系统的效率和热损失，每平米集热器面积实际采集到的年平均太阳能辐射照度不到100W，而且它因地而异，因时而变。
b．太阳能具有间歇性和不可靠性。太阳能的辐照度受气候条件等各种因素的影响不能维持常量，如果遇上连续的阴雨天气太阳能的供应就会中断。此外，太阳能是一种辐射能，具有即时性，太阳能自身不易储存，必须即时转换成其它形式能量才能利用和储存。
2.太阳能－地源热泵技术应用的条件
应用太阳能－地源热泵联合采暖技术的原则：
2.1 在经济许可的前提下最大限度地利用太阳能。太阳能是完全免费的，在利用过程中，仅消耗水泵能耗，运行费用最低，所以在经济许可的情况下，尽可能增大太阳集热器的面积，以提高太阳能的利用率。
2.2 太阳能－地源热泵联合采暖技术适宜供全年生活热水、冬季供暖、夏季制冷的全年综合利用。在实际工程中，采用新能源后，系统初投资较高，尤其是对太阳集热器，全部是增量成本，最好能全年综合利用。例如：太阳集热器冬季供热、夏季制冷，在过渡季，不设空调时，太阳能除提供生活热水外，将多余的热量储存起来，供冬季供热。这样的做法既可以做到太阳能的综合利用，又可以避免太阳集热器的空晒，增加了太阳集热器的寿命。
2.3 新能源利用的前提是必须采用节能建筑，以降低系统的初投资。太阳能的能流密度较低，太阳集热系统的价格在目前仍然偏高；地源热泵系统与常规系统相比，初投资也较高。为了尽可能减少系统的初投资，必须保证建筑围护结构符合节能规范的要求，以降低供暖、空调系统的负荷需求。
2.4 与供水温度要求低的末端系统配套使用。目前高温型的地源热泵机组COP值较低，对于常规地源热泵机组来说，供热时，出水温度较低。同时，太阳集热系统的集热效率与集热系统的出水温度有关，温度越高热损失越大，集热效率降低，因此在选择供暖系统时应优先选择供水温度要求低的形式。
3.太阳能系统与地源热泵系统联合运行的方式
养护区、服务区均采用地源热泵系统、太阳能系统作为空调采暖系统的冷热源。办公区域夏季采用风机盘管加新风系统；冬季，试验一号区采用地面辐射采暖系统，实验二号区采用风机盘管加新风系统；试验区域夏季不设空调，冬季采用辐射型散热器采暖系统，保证值班采暖温度。设计工况下的负荷为：一号区冬季热负荷110kW，夏季冷负荷55kW；二号区冬季热负荷298kW，夏季冷负荷140kW.
3.1 太阳能系统与地源热泵系统联合供热太阳能系统与地源热泵系统联合供热的原则是:以地源热泵系统为主，太阳能系统为辅助热源，但在运行控制上要优先采用太阳能，并加以充分利用。在供热运行模式下，北区试验区域采用的散热器采暖系统与办公区域采用的地面辐射采暖系统串联运行，以提高太阳能的利用率。
3.1.1 太阳集热系统试验一区采用140m2平板型太阳集热器，采用太阳能与建筑一体化技术，使太阳集热器与建筑完美结合。示范工程将太阳集热器设置在建筑的南立面上，与玻璃幕墙融为一体，这样既丰富了建筑的立面效果，又起到了利用太阳能的作用。一区冬季热负荷大于夏季冷负荷，可以采用太阳能辅助供热，解决地下的热量不平衡问题，提高地源热泵系统的运行效率。
3.1.2 联合供热方案比较太阳能系统与地源热泵系统联合供热的方式有两种：并联和串联方式。并联运行模式与串联运行模式相比，存在以下弊端：（1）当太阳能系统与地源热泵系统同时运行时，系统的循环水量为两者之和，太阳能系统能否直接供热，直接影响系统的循环水量，进而影响热泵机组的可靠性。（2）在并联运行模式下，当Tg温度低于50℃时，太阳能不能被直接利用，只能去加热土壤，提高热泵机组蒸发器侧的温度。而在串联模式下，当Tg温度低于50℃，而高于40℃时，可以与地源热泵机组串联运行，充分提高地源热泵机组的COP值。
基于串联运行模式的优点，其运行策略为：在供暖初始时，采用季节性蓄热的技术，同时，在室外温度较高的情况下，采暖负荷较小，此时，经过太阳能加热后的供水温度Tg较高，若温度高于50℃，则利用太阳能直接采暖；若供水温度低于48℃，并且高于40℃，则太阳能采暖系统与地源热泵系统串联运行，即经过太阳能加热后的水再经过地源热泵系统提升（达到50℃）后，供给末端。若供水温度低于40℃，并且高于20℃，则太阳能系统接入地源热泵系统的地下换热器，加热土壤的温度，同时提高热泵机组蒸发器侧的进水温度，以提高热泵机组的效率。
太阳能系统与地源热泵系统串联供热方式冷凝器侧进、出水温度（45/50℃）一定的情况下，不同的蒸发器进水温度对机组COP值的影响不同。在无太阳能作为辅助热源的情况下，地源热泵系统长期运行后，地源热泵机组蒸發器侧的温度在0℃左右，机组的COP值仅为2.5；而在有太阳能作为辅助热源的情况下，地源热泵机组蒸发器侧的温度可以在20℃以上，机组的COP值在4.5以上。由上可以看出，太阳能系统和地源热泵系统联合运行后，能极大地提高系统对可再生能源的利用率。
3.2 太阳能系统与地源热泵系统联合制冷试验二区夏季采用地源热泵系统与太阳能－溴化锂制冷系统为办公区域提供冷量。在过渡季，仅采用太阳能－溴化锂制冷系统为服务区域提供冷量。 采用太阳能－溴化锂制冷系统时，需采用热管真空管太阳集热器。采用250m2集热器，设置在平屋顶上。地源热泵系统与太阳能－溴化锂制冷系统交替运行，冷却系统均采用土壤U型地埋管换热器。根据蓄冷/热水箱中的温度判断地源热泵系统与太阳能－溴化锂制冷系统的启停。当蓄冷/热水箱中的温度低于设计值时，太阳能－溴化锂制冷系统运行，地源热泵系统停止；当蓄冷/热水箱中的温度高于设计值时，地源热泵系统运行，太阳能－溴化锂制冷系统停止。
4.结论
新能源产业以及节能减排技术的发展进步，在建筑领域的能源利用中日益发挥着巨大的作用，它们的应用推广是解决我国环境与能源问题的重要措施之一。本文详细阐述了太阳能系统与地源热泵系统联合采暖技术的原理，分析了太阳能系统与地源热泵系统的优化运行模式，为可再生能源的合理利用提出建议。充分发挥新疆光能、资源、能源和区位优势，通过应用驱动，以重大工程带动技术突破，以新的应用推动产业发展，从而提高关键技术和核心产业的自主发展能力，从而为新疆环境保护与能源产业的发展创造良好的条件。
关键词：太阳能；地源热泵技术；可再生能源；联合采暖
中图分类号：TU832.1+7文献标识码： A 文章编号：
太阳能是永不枯竭的清洁能源，量大，资源丰富，绿色环保。太阳能技术也是可再生能源应用的主要应用方向之一。中国《可再生能源法》的颁布和实施，为太阳能利用产业的发展提供了政策保障；京都议定书的签定，环保政策的出台和对国际的承诺，给太阳能利用产业带来机遇；西部大开发，为太阳能利用产业提供巨大的国内市场；中国能源战略的调整，使得政府加大对可再生能源发展的支持力度，中国太阳能利用产业迎来了巨大的发展机遇。而高耗能特种设备的节能工作已成为我国节能减排国家战略的主要内容之一，并已纳入法制体系中。新疆地源热资源丰富、节能潜力巨大，受到了各级政府、企事业单位及广大工程技术人员、科研人员的高度重视和广泛关注。太阳能与地源热泵联合采暖技术的应用与推广无疑能更好的发挥二者的节能、环保效益。
1.太阳能与地源热泵联合采暖在养护区、服务区的应用前景
新疆属于太阳能资源比较丰富的区域，新疆水平表面太阳能年辐射总量在5300-6700兆焦耳／平方米•年之间，年峰值日照时数在1600-2200小时之间，太阳能光热和光能资源优势明显，所以太阳能技术在新疆有广阔的应用前景。
地源热泵技术和太阳能技术自身存在一定的局限性，如果两种能源能够联合使用，这样能互相弥补自身的不足，提高资源利用率。
地源热泵系统存在土壤温度场的恢复问题，即随着地源热泵系统连续长期的运行，会从地下过多的取热或过多的散热，造成地下温度场的波动，降低机组的COP值，增加系统的能耗。
太阳能也具有一些缺点：
a．太阳能的能流密度低。虽然到达地球表面的太阳能102000TW，但即使在太阳能资源较丰富的沙漠地区，考虑到太阳集热系统的效率和热损失，每平米集热器面积实际采集到的年平均太阳能辐射照度不到100W，而且它因地而异，因时而变。
b．太阳能具有间歇性和不可靠性。太阳能的辐照度受气候条件等各种因素的影响不能维持常量，如果遇上连续的阴雨天气太阳能的供应就会中断。此外，太阳能是一种辐射能，具有即时性，太阳能自身不易储存，必须即时转换成其它形式能量才能利用和储存。
2.太阳能－地源热泵技术应用的条件
应用太阳能－地源热泵联合采暖技术的原则：
2.1 在经济许可的前提下最大限度地利用太阳能。太阳能是完全免费的，在利用过程中，仅消耗水泵能耗，运行费用最低，所以在经济许可的情况下，尽可能增大太阳集热器的面积，以提高太阳能的利用率。
2.2 太阳能－地源热泵联合采暖技术适宜供全年生活热水、冬季供暖、夏季制冷的全年综合利用。在实际工程中，采用新能源后，系统初投资较高，尤其是对太阳集热器，全部是增量成本，最好能全年综合利用。例如：太阳集热器冬季供热、夏季制冷，在过渡季，不设空调时，太阳能除提供生活热水外，将多余的热量储存起来，供冬季供热。这样的做法既可以做到太阳能的综合利用，又可以避免太阳集热器的空晒，增加了太阳集热器的寿命。
2.3 新能源利用的前提是必须采用节能建筑，以降低系统的初投资。太阳能的能流密度较低，太阳集热系统的价格在目前仍然偏高；地源热泵系统与常规系统相比，初投资也较高。为了尽可能减少系统的初投资，必须保证建筑围护结构符合节能规范的要求，以降低供暖、空调系统的负荷需求。
2.4 与供水温度要求低的末端系统配套使用。目前高温型的地源热泵机组COP值较低，对于常规地源热泵机组来说，供热时，出水温度较低。同时，太阳集热系统的集热效率与集热系统的出水温度有关，温度越高热损失越大，集热效率降低，因此在选择供暖系统时应优先选择供水温度要求低的形式。
3.太阳能系统与地源热泵系统联合运行的方式
养护区、服务区均采用地源热泵系统、太阳能系统作为空调采暖系统的冷热源。办公区域夏季采用风机盘管加新风系统；冬季，试验一号区采用地面辐射采暖系统，实验二号区采用风机盘管加新风系统；试验区域夏季不设空调，冬季采用辐射型散热器采暖系统，保证值班采暖温度。设计工况下的负荷为：一号区冬季热负荷110kW，夏季冷负荷55kW；二号区冬季热负荷298kW，夏季冷负荷140kW.
3.1 太阳能系统与地源热泵系统联合供热太阳能系统与地源热泵系统联合供热的原则是:以地源热泵系统为主，太阳能系统为辅助热源，但在运行控制上要优先采用太阳能，并加以充分利用。在供热运行模式下，北区试验区域采用的散热器采暖系统与办公区域采用的地面辐射采暖系统串联运行，以提高太阳能的利用率。
3.1.1 太阳集热系统试验一区采用140m2平板型太阳集热器，采用太阳能与建筑一体化技术，使太阳集热器与建筑完美结合。示范工程将太阳集热器设置在建筑的南立面上，与玻璃幕墙融为一体，这样既丰富了建筑的立面效果，又起到了利用太阳能的作用。一区冬季热负荷大于夏季冷负荷，可以采用太阳能辅助供热，解决地下的热量不平衡问题，提高地源热泵系统的运行效率。
3.1.2 联合供热方案比较太阳能系统与地源热泵系统联合供热的方式有两种：并联和串联方式。并联运行模式与串联运行模式相比，存在以下弊端：（1）当太阳能系统与地源热泵系统同时运行时，系统的循环水量为两者之和，太阳能系统能否直接供热，直接影响系统的循环水量，进而影响热泵机组的可靠性。（2）在并联运行模式下，当Tg温度低于50℃时，太阳能不能被直接利用，只能去加热土壤，提高热泵机组蒸发器侧的温度。而在串联模式下，当Tg温度低于50℃，而高于40℃时，可以与地源热泵机组串联运行，充分提高地源热泵机组的COP值。
基于串联运行模式的优点，其运行策略为：在供暖初始时，采用季节性蓄热的技术，同时，在室外温度较高的情况下，采暖负荷较小，此时，经过太阳能加热后的供水温度Tg较高，若温度高于50℃，则利用太阳能直接采暖；若供水温度低于48℃，并且高于40℃，则太阳能采暖系统与地源热泵系统串联运行，即经过太阳能加热后的水再经过地源热泵系统提升（达到50℃）后，供给末端。若供水温度低于40℃，并且高于20℃，则太阳能系统接入地源热泵系统的地下换热器，加热土壤的温度，同时提高热泵机组蒸发器侧的进水温度，以提高热泵机组的效率。
太阳能系统与地源热泵系统串联供热方式冷凝器侧进、出水温度（45/50℃）一定的情况下，不同的蒸发器进水温度对机组COP值的影响不同。在无太阳能作为辅助热源的情况下，地源热泵系统长期运行后，地源热泵机组蒸發器侧的温度在0℃左右，机组的COP值仅为2.5；而在有太阳能作为辅助热源的情况下，地源热泵机组蒸发器侧的温度可以在20℃以上，机组的COP值在4.5以上。由上可以看出，太阳能系统和地源热泵系统联合运行后，能极大地提高系统对可再生能源的利用率。
3.2 太阳能系统与地源热泵系统联合制冷试验二区夏季采用地源热泵系统与太阳能－溴化锂制冷系统为办公区域提供冷量。在过渡季，仅采用太阳能－溴化锂制冷系统为服务区域提供冷量。 采用太阳能－溴化锂制冷系统时，需采用热管真空管太阳集热器。采用250m2集热器，设置在平屋顶上。地源热泵系统与太阳能－溴化锂制冷系统交替运行，冷却系统均采用土壤U型地埋管换热器。根据蓄冷/热水箱中的温度判断地源热泵系统与太阳能－溴化锂制冷系统的启停。当蓄冷/热水箱中的温度低于设计值时，太阳能－溴化锂制冷系统运行，地源热泵系统停止；当蓄冷/热水箱中的温度高于设计值时，地源热泵系统运行，太阳能－溴化锂制冷系统停止。
4.结论
新能源产业以及节能减排技术的发展进步，在建筑领域的能源利用中日益发挥着巨大的作用，它们的应用推广是解决我国环境与能源问题的重要措施之一。本文详细阐述了太阳能系统与地源热泵系统联合采暖技术的原理，分析了太阳能系统与地源热泵系统的优化运行模式，为可再生能源的合理利用提出建议。充分发挥新疆光能、资源、能源和区位优势，通过应用驱动，以重大工程带动技术突破，以新的应用推动产业发展，从而提高关键技术和核心产业的自主发展能力，从而为新疆环境保护与能源产业的发展创造良好的条件。