史召峰+張正

摘 要：隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，太陽(yáng)能和地?zé)崮茉诟鞣矫娴膽?yīng)用日益廣泛，本文主要對(duì)太陽(yáng)能和地?zé)崮軆煞N能源在熱水系統(tǒng)方面的性能分析，以研究太陽(yáng)能和地?zé)崮芙Y(jié)合起來(lái)作為一種復(fù)合新能源系統(tǒng)在高校公共浴室中的應(yīng)用情況。

關(guān)鍵詞：復(fù)合新能源；太陽(yáng)能；地?zé)崮埽坏卦礋岜?；高校公共浴?/p>

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.08.066

0 引言

在未來(lái)的50年中，可再生能源將被作為世界能源應(yīng)用中的主要能源。地?zé)崮芎吞?yáng)能作為兩種可再生能源日益受到重視，這兩種能源的開(kāi)發(fā)應(yīng)用具有無(wú)限前景，地?zé)崮苁且环N天然熱能，這種地球內(nèi)部的巨大資源來(lái)自于地球內(nèi)部的熔巖，它的存在方式是以熱力的形式存在。而當(dāng)前的經(jīng)濟(jì)技術(shù)條件下可以開(kāi)采的地?zé)崮苁菧\層地?zé)崮?，埋深一般是地?00米，溫度不高于25度。太陽(yáng)能作為一種可再生能源已經(jīng)被人類(lèi)運(yùn)用在很多方面，比如電力、熱水系統(tǒng)等等，人類(lèi)對(duì)太陽(yáng)能的應(yīng)用技術(shù)已經(jīng)日趨熟練。本文主要對(duì)太陽(yáng)能和地?zé)崮苓M(jìn)行綜合分析，以研究這兩種能源在高校公共浴室中的結(jié)合應(yīng)用，為公共浴室方面的環(huán)境治理和資源的節(jié)省找出一條新的途徑。

1 高效公共浴室中太陽(yáng)能和地?zé)崮艿膽?yīng)用分析

1.1 地?zé)崮艿膽?yīng)用分析

1.1.1 淺層地?zé)崮艿膽?yīng)用原理

淺層地?zé)崮苁侵傅厍蛟谑盏教?yáng)熱力的輻射后，在自身表面潛藏著的一定量的熱能。該熱能在地球熱能的組成中占據(jù)著重要部分，目前對(duì)于地?zé)崮艿拈_(kāi)發(fā)利用中，主要開(kāi)發(fā)的就是淺層地?zé)崮埽摰責(zé)崮艿臏囟纫话阍?5度左右，溫度穩(wěn)定，波動(dòng)小。對(duì)于淺層地?zé)崮艿膽?yīng)用主要是通過(guò)熱泵技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)熱交換，將淺層地?zé)崮苻D(zhuǎn)換為可以供熱又能制冷的高位能源。該應(yīng)用原理是利用地下水溫度相對(duì)穩(wěn)定的特性，在輸入少量高位品電能的條件下，再利用預(yù)埋于建筑物周?chē)牡叵滤蛘吖苈废到y(tǒng)和建筑物內(nèi)部進(jìn)行熱交換，將低品熱能轉(zhuǎn)為高品熱能，可以用來(lái)制冷或者制熱[1]。

1.1.2 淺層地?zé)釤崴到y(tǒng)的優(yōu)勢(shì)

地?zé)崮茏鳛橐环N可再生能源受到人類(lèi)的關(guān)注，在很多工程中都利用了地源熱泵的技術(shù)。但是地源熱泵在現(xiàn)實(shí)生活中大多應(yīng)用于空調(diào)系統(tǒng)，在熱水系統(tǒng)方面應(yīng)用較少，但是潛力巨大。對(duì)比傳統(tǒng)的供熱方式淺層地?zé)崮苡幸韵聝?yōu)點(diǎn)：

（1）效率高能耗少。在傳統(tǒng)的供熱方式中，主要以煤氣、天然氣、燃油、電力、煤等為主要熱源，通常都是直接對(duì)水加熱，使得這些能源的熱水系統(tǒng)應(yīng)用中，投入量高、使用效率小、產(chǎn)生熱量少。由于淺層地?zé)崮軠囟确€(wěn)定性高，利用地源熱泵通過(guò)轉(zhuǎn)換熱能的方式，使得地源熱泵的制熱效果好，熱效率高。對(duì)于環(huán)境的節(jié)能有著重大作用[2]。

（2）經(jīng)濟(jì)性高。在對(duì)一個(gè)熱水系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行衡量的時(shí)候，可以考慮多方面的影響因素，淺層地?zé)崮艿墓嵯到y(tǒng)以集中供熱的方式體現(xiàn)了它的經(jīng)濟(jì)性，主要表現(xiàn)為：運(yùn)行費(fèi)用低、運(yùn)行附加費(fèi)用低、節(jié)省空間、節(jié)省投資費(fèi)用。運(yùn)行費(fèi)用方面主要見(jiàn)表1，附加費(fèi)用低是因?yàn)椴恍枰獎(jiǎng)e的燃料做熱源，從而不需要燃料保管費(fèi)、運(yùn)輸費(fèi)等費(fèi)用。第二，地源熱泵熱水系統(tǒng)檢測(cè)周期長(zhǎng)，節(jié)省檢測(cè)費(fèi)用。第三，地源熱泵自動(dòng)化控制程度高，節(jié)省工資開(kāi)支?？臻g方面不占用室內(nèi)面積，設(shè)備都鋪設(shè)在地下。總投資省，是因?yàn)榈卦礋岜檬褂脡勖L(zhǎng)，維修周期長(zhǎng)[3]。

（3）環(huán)保性強(qiáng)。地源熱泵供熱系統(tǒng)一般只需要少量的電量和環(huán)境中的熱量，不用別的燃料，因此，地源熱泵工作過(guò)程中對(duì)環(huán)境幾乎沒(méi)有污染，環(huán)保性強(qiáng)。

1.1.3 地?zé)崮艿牟杉绞椒治?/p>

（1）地埋管地源熱泵采集方式。該方式的熱量交換方式主要通過(guò)土壤耦合地?zé)峤粨Q器進(jìn)行交換，將土壤耦合地?zé)峤粨Q器以水平或者U型的方式安放在地溝或者豎井中。將豎井和管溝里面的熱交換器以并聯(lián)的方式相連接，再通過(guò)集管和建筑內(nèi)的水環(huán)路連接。讓水循環(huán)流動(dòng)，從而進(jìn)行交換[4]。

（2）地表水地源熱泵采集方式。將土壤熱交換器換成地表水熱交換器，其連接基本相同，唯一不同的是管內(nèi)液體與管外的地表水熱交換是通過(guò)管壁進(jìn)行的。地表水中也可以使用江河湖海的水[5]。

（3）地下水地源熱泵采集方式。該方式有兩種系統(tǒng)，一是開(kāi)式系統(tǒng)，二是閉式系統(tǒng)。開(kāi)式系統(tǒng)是直接將地下水資源與井水進(jìn)行吸放熱之后進(jìn)行回灌。閉式系統(tǒng)是利用板式換熱器與建筑內(nèi)的水進(jìn)行熱交換采集熱量[6]。

1.1.4 地源熱泵供熱系統(tǒng)存在的問(wèn)題和解決措施

（1）科研技術(shù)水平不高。淺層地?zé)崮艿拈_(kāi)發(fā)需要多種知識(shí)，影響因素較多。我國(guó)在這方面的技術(shù)研發(fā)還有待提高。

（2）建筑外管網(wǎng)的施工技術(shù)不夠純熟。由于地源熱泵在建筑外的管網(wǎng)施工復(fù)雜，需要對(duì)現(xiàn)場(chǎng)水文和地質(zhì)進(jìn)行探測(cè)。就目前而言，我國(guó)這方面的專(zhuān)業(yè)人才太少，施工技術(shù)也不成熟。在這方面需要提高管網(wǎng)的施工技術(shù)，以便于日后的發(fā)展[7]。

（3）地源熱泵產(chǎn)品質(zhì)量不高。我國(guó)的地源熱泵技術(shù)設(shè)備研發(fā)起步晚，技術(shù)水平較低，隨著我國(guó)近年來(lái)的發(fā)展，該方面的技術(shù)也逐漸得到發(fā)展，并且產(chǎn)品質(zhì)量也得到提高。但在這方面的技術(shù)還是比不上先進(jìn)的國(guó)家，因此還要加大科研力度。

（4）國(guó)家政策的扶持力量較弱，在制定該方面的技術(shù)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)上的力度尚且不夠，使得這項(xiàng)技術(shù)發(fā)展緩慢，在該方面需要國(guó)家政策的支持，希望得到國(guó)家的重視。

1.2 太陽(yáng)能的應(yīng)用分析

1.2.1 太陽(yáng)能優(yōu)勢(shì)概述

太陽(yáng)能作為一種可再生的清潔資源，是現(xiàn)代最具有期待性的能源之一。地球的太陽(yáng)能資源異常豐富，獲得的太陽(yáng)能輻射量大，太陽(yáng)能利用的條件較為充足。太陽(yáng)能是可再生資源。在地球過(guò)去的歷史中，太陽(yáng)能的消耗只有百分之二。而這個(gè)時(shí)間是十一億年，可想而知，太陽(yáng)能資源的豐富。

（1）太陽(yáng)能在地球上的覆蓋率高。地球上的任何一個(gè)地方都可以被太陽(yáng)照射，不用運(yùn)輸。

（2）太陽(yáng)能無(wú)污染。太陽(yáng)能在使用時(shí)不會(huì)對(duì)地球產(chǎn)生污染，沒(méi)有噪音，不影響生態(tài)平衡[8]。

1.2.2 太陽(yáng)能供熱系統(tǒng)的供熱原理

以某浴室工程為實(shí)例。

從圖中不難看出太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)的工作原理。由于太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)中的廣泛應(yīng)用，這方面的技術(shù)不再短缺，并且此圖是公共浴室系統(tǒng)原理圖，和高校公共浴室太陽(yáng)能供熱系統(tǒng)工作原理除地形外，其他都一樣，這里不做細(xì)述。

1.2.3 太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)的組成

太陽(yáng)能供熱系統(tǒng)一般分為三個(gè)部分：常溫水供回水部分、冷熱水混合部分和高溫?zé)崴a(chǎn)出部分。

（1）常溫供回水。通過(guò)變頻供水泵，常溫水儲(chǔ)存在淋浴間環(huán)狀管道中通過(guò)回水管流入高溫水箱。

（2）冷熱水混合。分兩種情況，第一種使用常溫水箱，第二種壓力式自控性溫度穩(wěn)定的裝置混合冷熱水，其中最常用的是常溫水箱，但是這種方式占地面積大，經(jīng)費(fèi)高。

（3）高溫?zé)崴糠?。加熱方式主要有三種，第一種太陽(yáng)能集熱板加熱，這個(gè)需要值班人員。第二種通過(guò)壓縮機(jī)加熱，在天氣情況不良時(shí)使用。第三種，蒸汽換熱加熱法，由于該加熱系統(tǒng)地處北方，天氣寒冷，所以采用這種加熱方式。

2 太陽(yáng)能和地?zé)崮茉诟咝９苍∈抑械木C合應(yīng)用分析

盡管我國(guó)對(duì)地?zé)崮艿卦礋岜玫膽?yīng)用時(shí)間較晚，但該能源的應(yīng)用前景良好，并且地源熱泵已經(jīng)被列入了我國(guó)的新能源發(fā)展規(guī)劃中。就目前而言，我國(guó)已經(jīng)建成了很多個(gè)大型的地源熱泵供熱系統(tǒng)工程，包括北京萬(wàn)國(guó)城MOMA。而且全國(guó)各地還有許多待建工程，建設(shè)領(lǐng)域包括企業(yè)事業(yè)單位、溫泉、游泳池等方面。這些工程的成功為我們提供了一定的技術(shù)經(jīng)驗(yàn)，使得日后的該類(lèi)工程建設(shè)更加順利。一般而言，該類(lèi)工程大多采用的是土壤耦合熱泵系統(tǒng)，該系統(tǒng)的位置一般都處于建筑物基礎(chǔ)之下，而太陽(yáng)能作為新式能源的應(yīng)用歷史比地源熱泵的時(shí)間要長(zhǎng)，在技術(shù)上比地源熱泵的施工更加成熟，并且太陽(yáng)能供熱系統(tǒng)一般處于地表，和地源熱泵供熱系統(tǒng)的建設(shè)位置不交叉，在高校的公共浴室供熱系統(tǒng)建設(shè)中，可以將太陽(yáng)能供熱系統(tǒng)和地源熱泵供熱系統(tǒng)相結(jié)合，綜合各自的優(yōu)勢(shì)去掉多余的部分，保留必須的部分，以便于在不同的情況下使用不同的供熱系統(tǒng)，確保高校浴室持續(xù)性供應(yīng)熱水。

2.1 將土壤耦合加熱器與太陽(yáng)能加熱器分開(kāi)

在該項(xiàng)目的方案整合中，可以去掉多余的部分，保留必須的部分。一般來(lái)說(shuō)現(xiàn)在建設(shè)的地源熱泵供熱系統(tǒng)一般使用的加熱器是土壤耦合加熱器，該加熱系統(tǒng)一般位置處于建筑物地下。然而太陽(yáng)能加熱系統(tǒng)的加熱器在建設(shè)中一般使用的是太陽(yáng)能集熱板加熱，該裝置一般置于建筑物基礎(chǔ)之上，與地源熱泵的土壤耦合加熱器所處的位置并不沖突，在建設(shè)中可以使用該方法。

2.2 管道系統(tǒng)的共用

將地源熱泵供熱系統(tǒng)與太陽(yáng)能供熱系統(tǒng)結(jié)合的想法固然是好，但是由于同時(shí)使用了兩種加熱系統(tǒng)，將會(huì)增加了經(jīng)濟(jì)成本，增加了設(shè)施面積和施工時(shí)間，在施工質(zhì)量方面尚且沒(méi)有保證。為了經(jīng)濟(jì)成本的浪費(fèi)和供熱系統(tǒng)的占地面積和時(shí)間的浪費(fèi)，可以試著在實(shí)際施工中根據(jù)實(shí)際情況和兩種供熱系統(tǒng)的供熱原理，適當(dāng)?shù)陌涯承┕艿澜ㄔO(shè)為共用管道，以減少施工成本和施工面積，綜合減少該項(xiàng)目的建設(shè)成本

2.3 可能出現(xiàn)的問(wèn)題及解決措施

在這兩種供熱系統(tǒng)的結(jié)合使用上，可能會(huì)出現(xiàn)一些問(wèn)題，比如高校政策不支持和項(xiàng)目的施工技術(shù)沒(méi)有達(dá)到相應(yīng)的水平。針對(duì)這兩方面，主要是提高施工技術(shù)的水平，在施工之前找專(zhuān)業(yè)人員事先做好項(xiàng)目設(shè)計(jì)，再根據(jù)設(shè)計(jì)估算該設(shè)想是否可行，如果可行，高校自然支持，如果不行，那就得努力提高設(shè)計(jì)和施工技術(shù)的水平，以取得高校的支持。

3 結(jié)語(yǔ)

結(jié)合以上所述，將地源熱泵和太陽(yáng)能供熱系統(tǒng)結(jié)合使用的方法理論上是可行的，但是缺乏實(shí)例的支持，因此該項(xiàng)目是否得到實(shí)施將會(huì)對(duì)今后該方面技術(shù)的使用和發(fā)展起到重要作用。

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