中國(guó)沈陽建筑大學(xué)的研究人員提出了一種基于太陽能-空氣源熱泵(SASHP)和熱網(wǎng)支持的新型嚴(yán)寒地區(qū)供暖系統(tǒng)。基于熱網(wǎng)的太陽能-空氣源熱泵耦合供暖系統(tǒng)(NH-SASHP)以熱網(wǎng)為支持負(fù)荷，在夜間維持低負(fù)荷供暖，并在供暖需求高時(shí)減輕熱泵的電力負(fù)擔(dān)。

“在清潔能源供暖應(yīng)用中，熱源穩(wěn)定性制約了我國(guó)嚴(yán)寒地區(qū)冬季低碳供熱的發(fā)展，”該小組表示，“為確保傳統(tǒng)能源向清潔能源供暖模式平穩(wěn)轉(zhuǎn)型，以我國(guó)嚴(yán)寒地區(qū)某辦公樓供暖系統(tǒng)為研究對(duì)象，研究了傳統(tǒng)能源與清潔能源耦合供暖系統(tǒng)的可行性。”

研究首先調(diào)查了該系統(tǒng)在中國(guó)東北沈陽一棟實(shí)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(xué)者發(fā)現(xiàn)三層樓中有兩層未能達(dá)到 20 攝氏度的目標(biāo)溫度。

“供暖溫度達(dá)不到設(shè)計(jì)要求的原因有三個(gè)，”該集團(tuán)強(qiáng)調(diào)。“第一是空氣源熱泵設(shè)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(huán)境溫度的顯著影響。”

為了解決這些問題，該團(tuán)隊(duì)提出了一種使用 TRNSYS 軟件模擬的 NH-SASHP 設(shè)置，該軟件基于從建筑物收集的數(shù)據(jù)。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(shù) (COP) 為 3.66。中央供暖系統(tǒng)的模擬熱負(fù)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(chǔ)水箱的體積為 1 m3。

該系統(tǒng)配置為在室溫降至 20 C 以下時(shí)使用 ASHP。當(dāng)太陽能集熱器入口和出口之間的溫差超過 8 C 時(shí)，它也會(huì)啟動(dòng)，當(dāng)溫差低于 2 C 時(shí)停止。當(dāng)室溫降至 16 C 以下時(shí)，供暖網(wǎng)主要在夜間啟動(dòng)，一旦室溫達(dá)到 18 C，供暖網(wǎng)就會(huì)停止。在供暖月份，當(dāng)平均室外溫度為 -5.39 C 且太陽輻射強(qiáng)度為 1004.48 kJ/h/m2 時(shí)，該系統(tǒng)被激活工作。

“NH-SASHP 系統(tǒng)在供暖季節(jié)的總用電量為 4,629.82 千瓦時(shí)。與 ASHP 和 SASHP 系統(tǒng)相比，它分別減少了 4,779 千瓦時(shí)和 2,463.73 千瓦時(shí)，能源效率分別達(dá)到 50.79% 和 34.73%”，科學(xué)家說。“太陽能貢獻(xiàn)率在 35.47%–64.85% 范圍內(nèi)波動(dòng)，太陽能貢獻(xiàn)率越高，NH-SASHP 系統(tǒng)的 COP 改善越大。”

結(jié)果表明，所提出的系統(tǒng)的 COP 范圍為 4.25 至 10.11。3 月份，NH—SASH 系統(tǒng) COP 提升幅度最大，比 ASHP 系統(tǒng)高出 166.75%。根據(jù)研究結(jié)果，NH-SASHP 的運(yùn)行成本為人民幣 7,568 元(1,045 美元)，約為 ASHP 系統(tǒng)的 72.3% 和 SASHP 系統(tǒng)的 81.5%。

該系統(tǒng)在《能源與建筑環(huán)境》雜志發(fā)表的《我國(guó)嚴(yán)寒地區(qū)基于熱網(wǎng)的太陽能-空氣源熱泵耦合供暖系統(tǒng)研究》中提出。