［８］Ｐａｈｕｄ Ｄ．Ｃｅｎｔｒａｌ ｓｏｌａｒ ｈｅａｔｉｎｇ ｐｌａｎｔｓ ｗｉｔｈ ｓｅａｓｏｎａｌ ｄｕｅｔ ｓｔｏｒ－
ａｇｅ ａｎｄ ｓｈｏｒｔ－ｔｅｒｍ ｗａｔｅｒ ｓｔｏｒａｇｅ：ｄｅｓｉｇｎ ｇｕｉｄｅｌｉｎｅｓ ｏｂｔａｉｎｅｄ
建筑分别采用了３种供热方案：太阳能．土壤源热泵联
合供热模式、土壤源热泵单机单供模式和土壤源热泵
单机双供模式。其中，太阳能一土壤源热泵模式为主 要试验模式，另两种模式为对比模式。为了比较单土 壤源热泵系统的实际运行规模对运行性能的影响，采 用了两种热泵机组，分别带一户和两户供热面积。用 户端采用风机盘管，既可以实现冬季供热，也可以实 现夏季制冷的目的。但实际上，在农村的冷热需求 中，夏季的制冷需求远小于冬季供热需求。
万方数据
蒌蓄基蒌望喜挈主蒿警ｉ器嚣翼主磊詈 ３５８
太
阳能
学报
３１卷
２示范系统及运行过程
图１为太阳能．土壤源热泵空调系统，图２为土
温度传感器
量消耗。
图１太阳能．土壤源热泵空调系统 Ｆｉｇ．１ Ｓｏｌａｒ－ｓｏｉｌ ｓ删叫恍ｈｅａｔ ｐｕｍｐ ｓｙｓｔｅｍ
温度传感器
万方数据
图２土壤源热泵空调系统
№．２ Ｓｏｉｌ￥ＯＵｌＷ－２ ｈｅａｔ ｐｕｍｐ ｓｙｓｔｅｍ
在供热期内，单机单供机组制热量为１８２８６Ｗ； 系统耗电量为１９９９．９ｋＷｈ，系统ＣＯＰ值为２．５４。单 机双供机组的制热量为７２２７９ＭＪ，系统耗电量为
７３６８．２ｋ矾，系统∞Ｐ值为２．７２。
４结 论
１）１０ｍ以上土壤温度受气温影响较大，土壤表 层应采取保温措施；
２）土壤温度的变化不仅与取热速率有关，还与 地温的自动恢复能力相关，本试验系统所在土壤的 自恢复能力为３０～４０Ｍ．１／ｄ；
［２３ ｌ＿ｏｔｔｎｅｒ Ｖ，Ｓｃｈｕｌｚ Ｍ Ｅ，ｎａｈｎｅ Ｅ．Ｓｏｌａｒ－ａｓｓｉｓｔｅｄ ｄｉｓｔｒｉｃｔ ｈｅａｔｉｎｇ ｐｌ卸ｔｓ：Ｓｔａｔｕｓ ｏｆ ｔｈｅ ｇｅｒｍａｎ ｐｎ：ｇｒｍｍｎｅ ｓｏｌａｒｔｈｅｒｍｉｅ－ ２０００ＥｊＪ．Ｓｏｌａｒ Ｅｎｅｒｇｙ，２０００，６９（６）：４４９－－－４５９．
３期
王恩宇等：太阳能跨季节储热供热系统试验分析
在太阳能一土壤源热泵供热系统中，太阳能集热 水箱同时作为土壤源热泵的供热缓冲水箱。为ｒ保 证夏季储热的蓄存，地下埋管采用４个井正方形布 置，单井深度为５０ｍ，井问距为２ｍ。井内换热管为 双ｕ形管。在非供热时期（２００７年７月３ｌ～１１月 １３日），太阳集热器获得的热水用于地下储热。在 供热期（２００７年１１月１３日～２００８年２月２２日），优 先利用太阳能直接供热。当太阳集热器热水温度高 于４０℃时，直接用于供热；当集热水箱温度低于 ３５℃时，热泵机组开启，从土壤中取热用于供热。如 图１中所示，该系统在不同时期可实现４种运行模 式：太阳能储热模式、太阳能直接供热模式、土壤源 热泵制冷模式和土壤源热泵供热模式。
土壤源热泵单机组双供系统次之，而土壤源热泵单机组单供系统能效比最低。太阳能跨季节储热及土壤源热泵联
合供热系统适用于热负荷远大于冷负衙的建筑。
关键词：太阳能储热；跨季节储热；土壤源热泵；供热
中图分类号：Ｔ１０１；ＴＫ５２
文献标识码：Ａ
０引 言
土壤源热泵作为地源热泵的一种，由于其不受 地下水多少及水质高低的限制而在我国得到了广泛 应用…。但是，在冷负荷远小于热负荷的建筑中，采 用土壤源热泵空调系统，会使土壤温度逐年降低从 而出现后期能效比大大降低的困境。为了弥补这种 不平衡，需要在冬季增加锅炉供热，或者不使用土壤 源热泵系统。如果采用太阳能储热与土壤源热泵相 结合，依靠春、夏、秋三季的太阳能储热来提高地温， 不但可以弥补这种不平衡，还可以提高热泵机组的 制热能效比，尤其对夏季没有制冷需求的北方地区 非常合适。世界上（尤其在欧洲）有多个国家开展了 太阳能跨季节储存供热工程项目［２－ｓ），而国内还极 少见到。本文针对夏季制冷和冬季供热需求相差悬 殊的北方农村别墅式建筑，建立了一套太阳能．土壤 源热泵窄调系统，为了与单纯土壤源热泵供热系统 进行比较，同时建立了两种单独土壤源热泵的空调 系统作为对比研究。经过２００多天的运行试验，得 出了３种供热方案的性能数据，为以后大面积普及 使用奠定了一定的实验基础。
土壤源热泵机组供热方案系统中，埋地换热器 为２个深度ｌＯＯｍ的换热井，井间距为４ｍ。
试验系统从２００７年７月３１日安装调试完成后 开始运行，太阳能集热系统开始向地下储热。在夏、 秋季太阳集热器获得的热能储存在土壤层中，供冬 季供热时取出。夏季炎热天气，四个住户还可以开 启土壤源热泵的制冷模式，但实际运行时间很短暂， 对土壤的温度改变可以忽略。在试验期间，分别对 太阳能集热量、地下储热量、机组制热量、地下排热 量和风机盘管散热量及各个水泵的耗电量都进行了 记录。在太阳能储热的各井及中间井中分别在３、 ５、１０、２０、３５和５０ｍ布置了Ｐｔｌ０００热电阻，利用 ＨＰ３４９７０数据采集系统自动记录各储热井及监测井 中的温度变化。在冬季，分别对室内供热房间布置 了温度采集测点，自动记录了各用户的室内温度变 化。图３为试验系统的实物照片。
纛筹素萎耋霁梨翁易淼塞篁羹萎譬篥嚣 图３实物照片 Ｆｉｇ．３ Ｔｈｅ ｐｈｏｔｏｓ ｏｆ ｔｈｅ ｔｅｓｔ ｓｙｓｔｅｍ
保温层。 由图４中３５ｍ处土壤温度来看，在储热期间温
度由１４．４℃最高升到１６．３℃，升高１．９℃，到供热开 始时，温度为１５．６℃，比初始温度升高１．２℃；供热 开始时每天用热基本稳定，土壤温度逐渐降低，到ｌ 月１７日（供热６５ｄ）地温达到与初始温度持平，后来 取热量加大，地温迅速降低，到２月７日地温降低到 １３．Ｏ。Ｃ。在最后半个月时间内，取热量又大大减少， 土壤温度逐渐回升到１３．８℃。
［５］Ｒｅｕｓｓ Ｍ．Ｂｅｃｋ Ｍ，ＭｉｉＵｅｒ Ｊ Ｐ．Ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ａ ｓｅａｓｏｎａｌ ｔｈｅｒｍａｌ
万方数据
３期
王恩宇等：太阳能跨季节储热供热系统试验分析
３６１
ｔｈｅ删［Ｊ］．Ｓｏｌａｒ ｅｎｅｒｇｙ ｓｔｏｒａｇｅ ｉｎ
Ｅｎｅｒｇｙ，１９９７，５９（４
—６）：２４≯一２５７．
［６］ Ｆｉｓｅｈ ＩＶｌ Ｎ，Ｑｔｉｇ够Ｍ，Ｄａｌｅｎｂ酏ｋ Ｊ ０．Ａ ｒｅｖｉｅｗ ｏｆ ｌａＩ驴
３运行结果及分析
３．１太阳能储热及供热过程土壤温度的变化 在整个试验期间，地温的变化如图４所示。地
温值在储热期间取为每天储热前一时刻的地下温度 值；在供热期间，由于每天机组开启次数和时问是不 固定的，则取为每天不受环境影响的土壤层（地下 ２０．１）最高温度对应时刻的土壤温度值。储热时间 段收集到的太阳能向地下储热使地温升高，在供热 时间段，机组从地下取热而使地温降低。但存储热 （或取热）的间隙，由于土壤的自动恢复作用，温度会 逐渐降低（或升高），以恢复到原来的水平。ｌＯｒｅ以
表２地温变化与取热量的关系
Ｔａｂｌｅ ２ Ｔｈｅ ｓｏｉｌ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｃｈａｎｇｅ ａｎｄ ｄｒａｗ ｈｅａｔ ｑｕａｎｔｉｔｙ
试验时间段
羹黼 地温平均每天 变化地温变化
数
／ＭＪ
／℃
／℃
３．２系统运行能效比评价 对３种供热方案在供热期的系统ＣＯＰ值进行
比较如表３所示。 太阳能储热期间共向地下储热７６３５ＭＪ，平均每
天储热量为７２．７Ⅲ。供热期间土壤源热泵机组从
地下取热７８４９ＭＪ，机组耗电７５４．４ｋ矾，机组制热量
为１０４６５Ⅲ，机组效率为９９．０５％，机组平均ＣＯＰ值 为３．８５（３．５～４．４之间变化）。
在供热期间，太阳能集热不再向地下储存，丽直 接用于供热。供热期间太阳能的直接供热量为 ４３９６ＭＪ，占总供热量的２９．６％。总耗电量（包括机 组、太阳能循环泵、窜内循环泵、风机盘管的耗电）为 １２１５．４ｋｗｈ，系统平均ＣＯＰ值为３．４０。
在选择机组和太阳集热器面积时，按照冬季负 荷需求设计。农村住宅温度要求一般较低，按照冬 季最冷温度一９。Ｃ，室内温度为１６℃设计，房间负荷 按照供热面积计算约为１００Ｗ／ｍ２。按照太阳能供热 保证率２０％一３０％设计，太阳集热器面积为２５ｍ２。 ３种供热方案的机组选型及供热面积如表ｌ所示。
表１ ３种供热方案机组选型及供热面积
３）太阳能储热能使地温得到升高，有利于弥补 土壤源热泵取热时导致的地温降低，解决了土壤源 热泵机组在热负荷远大于冷负荷的建筑上应用的限 制；
４）太阳能热水在冬季直接用于供热，使供热系 统的能效比大大提高，减少．广电能的消耗。
［参考文献】
［１］ 吕悦，莫然，周沫，等．中国地源热泵技术应用 发展情况调查报告（２００５～２００６）［Ｊ］．工程建设与设 计，２００７，（９）：４＿１１．
摘要：介绍了一种太阳能一土壤源热泵联合供热系统，对其运行试验数据进行了分析，并对其运行能效比与两种
单独由土壤源热泵供热的模式进行了比较。土壤温度的变化不仅与取热速率有关，还与地温的自动恢复能力相
关。该试验建筑所在的土壤条件下地温的恢复能力为３０～４０Ｍ．Ｉ／ｄ。采用太阳能．士壤源热泵联合系统能效比最高，
万方数据
太 阳 能 学报
３ｌ卷
表３ ３种供热模式系统运行比较 Ｔａｂｌｅ ３ Ｃｏｍｐａｒｅ ｏｆ ｔｈｅ ｅ叽啊ｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｆｏｒ ｔｈｒｅｅ ｈｅａｔｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍｓ
《
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２００７—２００７—２００７—２００７—２００８—２００８— ７－３ｌ ９－９ ＩＯ—１９ ｌｌ一２８ １－７ ２一１６
时间
图４试验期间换热孔的土壤温度变化
Ｆｉ｜；．４ Ｔｈｅ ｓｏｉｌ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｏｆ ｔｈｅ
ｅｘｃｂａｎｇｅｒ ｈｅａｔ ｈｏｌｅ ｄｕｒｉｎｇ ｔｈｅ ｔｅｓｔ
如表２所示，从２００８年１月１７日～３０日期间，
每天平均取热量为１０６．１５Ⅲ，地温平均降低
０．０６２℃，而从２００８年２月１３日～２２ Ｅｔ期间，每天