我国能源的消费结构不合理，以煤为主的能源供给造成了严重的大气污染和温室气体排放。因此，节约能源和开发利用清洁、可再生能源的任务十分紧迫。可再生能源在建筑中的应用是建筑业技术进步和行业发展的需要，随着 2006 年 1 月《可再生能源法》的正式颁布与实施，太阳能、浅层地热能在建筑行业中的应用越来越受到人们的重视。

地源热泵技术是可再生能源应用的主要方向之一，即利用浅层地热能资源进行供热与空调，具有良好的节能与环境效益，近年来在国内得到了日益广泛的应用。随着《地源热泵系统工程技术规范》的实施，地源热泵系统工程的市场更加规范化，能更好地发挥其节能、环保效益。但该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，增加系统能耗。树上鸟教育暖通设计网络课程在线教学杜老师。

图 1 表示出了北京某实际工程单独采用地源热泵系统时， 10 年内地埋管换热器进出口水温及土壤温度的变化。

图 1 10 年内地埋管换热器进出口水温及土壤温度变化图

从图 1 可以看出， 10 年内土壤温度由初始的 15度，下降到 10.2℃，下降了 4.8℃。冬季，热泵机组的低出水温度由初的 3℃ 下降到 -0.5℃，吸热量和排热量存在极大的不平衡。

太阳能技术也是可再生能源应用的主要方向之一，太阳能是枯竭的清洁能源，量大、资源丰富、绿色环保。但也有一些缺点：（ 1）太阳能的能流密度低，且因地而异，因时而变。（ 2）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，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。

地源热泵技术和太阳能技术自身存在这些局限性，如果两种能源可以联合使用，这样能互相弥补自身的不足，提高资源利用率。

太阳能系统与地源热泵系统联合运行的原则

太阳能系统与地源热泵系统联合运行时，应遵循如下原则：

（ 1）可再生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）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，如地板辐射采暖形式。
（ 3）在经济许可的前提下大限度地利用太阳能资源。太阳能是*免费的，在利用过程中，仅消耗水泵能耗，运行费用低，所以在经济许可的情况下，尽可能增大太阳集热器的面积，延长太阳能利用的时间，以提高太阳能的利用率。

太阳能系统与地源热泵系统联合运行的方式

本工程位于北京，建筑的功能主要是办公室和实验室，建筑面积 2835m2。办公区域夏季采用风机盘管加新风系统（冷冻水供回水温度 7/12℃），冬季采用地面辐射采暖系统（经散热器后，热水供回水温度 45/40℃）；试验区域夏季不设空调，冬季采用辐射型散热器采暖系统（ 50/45℃ 热水供回水温度），保证值班采暖温度。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。末端的散热器系统与地板辐射采暖系统串联运行，以加大系统的供回水温差。

该建筑的外围护结构性能优良，达到了节能建筑的标准，因此该建筑的冷热负荷较低，经过逐时负荷计算可知，冬季大热负荷为 110kW，夏季大冷负荷为 60kW。采暖季逐时热负荷总值为 119746kW·h，制冷季逐时冷负荷总值为25072kW·h，热负荷总值远大于冷负荷总值。在这种情况下若单独采用地源热泵系统，必然存在吸热量与排热量极度不平衡的问题，那么，长期运行结果会使土壤温度越来越低，也将降低热泵系统的运行效率，终导致冬季地源热泵系统不能正常运行。为了解决吸热量与排热量不平衡的问题，提高地源热泵系统的运行效率，可采用太阳能系统与地源热泵系统联合运行的方式。

太阳能系统与地源热泵系统联合运行时，通常有 4 种运行方式：

（ 1）直接利用太阳能供热；

（ 2）太阳能与热泵机组的冷凝器串联运行；

（ 3）太阳能加热地埋管换热器；

（ 4）太阳能直接进入热泵机组蒸发器。太阳能系统与地源热泵系统联合运行原理图如图 2 所示。

图 2 太阳能系统与地源热泵系统联合运行方式

系统的控制策略为：

（ 1）经过太阳能加热后的供水温度 Tg 高于 50℃ 时，直接利用太阳能采暖，此时阀门 V1、 V2 开启，水泵 2、 3、 4 开启；阀门V3、 4、 5、 6、 7、 8、 9 均关闭，热泵机组关闭，水泵 1 关闭。

（ 2）当 Tg 温度低于 50℃ 时，且高于40℃ 时，太阳能不能被直接利用，而是与热泵机组冷凝器串联，此时阀门 V2、 3、 5、 9 开启，水泵 1、 2、 3、4 开启，热泵机组开启；阀门 V1、 4、 6、 7、 8 均关闭。

（ 3）当 Tg 温度低于 40℃ 时，且高于 25℃ 时，太阳能加热岩土体侧地埋管换热器，此时阀门 V3、4、 6、 7 开启，水泵 1、 2、 3、 4 开启，热泵机组开启；阀门 V1、 2、 5、 8、 9 均关闭。

（ 4）当 Tg 温度低于 25℃ 时，且高于 15℃ 时，太阳能直接进入热泵机组的蒸发器，作为低位热源，此时阀门 V3、 4、6、 8 开启，水泵 1、 2、 3、 4 开启，热泵机组开启；阀门 V1、 2、 5、 7、 9 均关闭。

（ 5）当 Tg 温度低于15℃ 时，仅采用热泵系统供暖。此时，阀门V3、 4、5 开启，水泵 1、 2 开启，热泵机组开启；阀门 V1、 2、6、 7、 8、 9 均关闭。

太阳能系统与地源热泵系统优化运行的适用条件

太阳能系统与地源热泵系统采用何种联合运行方式，主要与太阳能集热器的面积及末端所需的供回水温度有关。例如：集热器的面积较大，可以使得系统的供水温度较高，这是可以考虑直接利用太阳能供热的方式，相反，若集热器面积较小，产生的热水温度较低，则无法直接供热。同样的，若末端所需的供回水温度较高，若超过 60℃，则很难直接利用太阳能供热，若末端所需的供回水温度较低，在 40℃ 以下，则可直接利用太阳能供热。下面介绍了采用不同的集热器面积时，对应的联合运行方式。

在北京，供暖期为 11 月 15 日至次年的 3 月 15 日，共 2880 个小时，典型气象年中，有太阳辐照的时间为 1179h，占总供暖时间的 40.63%。为了便于分析，本文对于末端的供回水温度要求为 50/40℃。图3 表示出了在不同太阳集热器面积情况下，太阳能系统供水温度分别超过 41℃、 42℃、 43℃、 44℃、45℃、 46℃、 47℃、 48℃、 49℃、 50℃ 的小时数。

从图 3 可以看出：

（ 1）在太阳集热器面积为 140m2 的情况下，太阳能系统供水的高温度为 48℃，无法实现直接利用太阳能供热。
（ 2）在太阳集热器面积为 300m2 的情况下，太阳能系统供水温度超过 50℃ 的小时数为 52h（占总供暖时间的 1.81%），虽然可以实现直供，但由于风机盘管时间短，从增加自控复杂性、增加初投资的角度考虑，不建议采用直供的运行方式。
（ 3）在太阳集热器面积为 500m2 的情况下，太阳能系统供水温度超过 50℃ 的小时数为 158（ 5.5%），可以实现直接利用太阳能供热。
（ 4）太阳集热器面积由 140m2 增加到 1000m2时，对太阳能系统供水温度超过 41℃ 的小时数变化影响不太大，由 527 小时（占总供暖时间的18.3%）增加到 746（占总供暖时间的 25.9%）小时，但对于超过 50℃ 的小时数影响较大，由 0 小时（占总供暖时间的 0%）增加到 275 小时（占总供暖时间的 9.55%）。

太阳能系统与地源热泵系统优化运行方式的模拟分析

对于本文第 3 节提及的某实际工程，笔者利用TRNSYS 软件进行了模拟计算。由于本项目的太阳集热器面积比较小（ 140m2），所以采用太阳能换热后的热水进地埋管换热器或者直接进入热泵机组蒸发器的联合运行方式。图 4、图 5 分别表示出了 1年内、 10 年内太阳能系统（仅冬季运行）与地源热泵系统联合运行时， 1 年内地埋管换热器进出口水温及土壤温度变化的情况。从图中可以看出，太阳能系统仅冬季运行时， 10 年内土壤温度由初始的 15度，下降到 12.5℃，下降了 2.5℃，吸热量和排热量仍然存在不平衡的现象，太阳能需在过渡季也要向土壤中蓄热，具体模拟情况如图 6 所示。

从图 6 可以看出，当太阳能在过渡季也向土壤中蓄热时， 10 年内土壤的平均温度基本不变，吸热量和排热量基本平衡。

但需要注意的是，太阳能在过渡季蓄热时，需要消耗水泵的能耗，增加运行费用。因此，在实际工程中，是否采用过渡季蓄热，需要综合考虑。

结论

太阳能、浅层地热能作为可再生能源，在建筑领域的能源利用中发挥着越来越重要的作用，它们的应用是解决我国能源和环境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优化运行的方式、适用的范围，为可再生能源的合理利用提出建议。

建筑图

（ 1）太阳能系统与地源热泵系统联合运行时，要优先采用太阳能。
（ 2）夏热冬冷地区围护结构要求夏季隔热为主，兼顾冬季保温，目前该类建筑主要使用的主动式技术主要有采用高效照明、通风热回收技术、以及空气源热泵；采用的被动式技术主要有自然采光、自然通风、建筑遮阳和绿色植被；可再生能源的应用适宜采用太阳能或者太阳能与土壤源热泵联合的方式。
（ 3）由于国情现状，我国夏热冬冷地区超低能耗居住建筑的一次能源消耗量已经低于德国被动房标准限值，因此，对于超低能耗的能耗限制，因根据不同发展阶段进行调整。现阶段，宜仅针对建筑空调、通风与供暖能耗进行研究和规定。

全自动野外地温监测系统/冻土地温自动监测系统

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此款系统专门为地源热泵生产企业，新能源技术安装公司，地热井钻探公司以及节能环保产业等单位设计，通过连接我司单总线地热电缆，以及单通道或多通道485接口采集器，可对接到贵司单位的软件系统。欢迎各类单位以及经销商详询！此款设备支持贴牌，具体价格按量定制。

RS485竖直地埋管地源热泵温度监测系统【产品介绍】

地源热泵空调系统利用土壤作为埋地管换热器的热源或热汇,对建筑物进行供热和供冷.在埋地管换热器设计中,土壤的导热系数是很重要的参数.而对地温进行长期可靠的监测显得特别重要。在现场实测土壤导热系数时测试时间要足够长,测试时工况稳定后的流体进出口及不同深度的温度会影响测试结果的准确性。因此地埋测温电缆的设计显得尤其重点。较传统的测温电缆设计方法，单总线测温电缆因为接线方便、精度高且不受环境影响、性价比高等优点，目前已广泛应用于地埋管及地源热泵系统进行地温监测，因可靠性和稳定性在诸多工程中已得到了验证并取得了较好的口啤。

采集服务器通过总线将现场与温度采集模块相连，温度采集模块通过单总线将各温度传感器采集到的数据发到总线上。每个采集模块可以连接内置1-60个温度传感器的测温电缆相连。本方案可以对大型试验场进行温度实时监测，支持180口井或测温电缆及1500点以上的观测井温度在线监测。

RS485竖直地埋管地源热泵温度监测系统：

1. 地埋管回填材料与地源热泵地下温度场的测试分析

2. U型垂直埋管换热器管群间热干扰的研究

3. U型管地源热泵系统性能及地下温度场的研究

4. 地源热泵地埋管的传热性能实验研究

5. 地源热泵地埋管换热器传热研究

6. 埋地换热器含水层内传热的数值模拟与实验研究，埋地换热器含水层内传热的数值模拟与实验研究。

竖直地埋管地源热泵温度测量系统，主要是一套先进的基于现场总线和数字传感器技术的在线监测及分析系统。它能有对地源热泵换热井进行实时温度监测并保存数据，为优化地源热泵设计、探讨地源热泵的可持续运行具有参考价值。

二、RS485竖直地埋管地源热泵温度监测系统本系统的重要特点：

１．结构简单，一根总线可以挂接1-60根传感器，总线采用三线制，所有的传感器就灯泡一样，可以直接挂在总线上．

２．总线距离长．采用强驱动模块，普通线，可以轻松测量500米深井.

３．的深井土壤检测传感器，防护等级达到ＩＰ６８，可耐压力高达5Mpa.

４．定制的防水抗拉电缆，增强了系统的稳定性和可靠特点总结：高性价格比，根据不同的需求，比你想象的*．

针对U型管口径小的问题，本系统是传统铂电阻测温系统理想的替代品. 可应用于：

１.地埋管回填材料与地源热泵地下温度场的测试分析

2.U型垂直埋管换热器管群间热干扰的研究

3. U型管地源热泵系统性能及地下温度场的研究

4. 地源热泵地埋管的传热性能实验研究

5. 地源热泵地埋管换热器传热研究

6. 埋地换热器含水层内传热的数值模拟与实验研究。

本系统技术参数：支持传感器：18B20高精度深井水温数字传感器，测井深：1000米，传感器耐压能力：5Mpa ,配置设备：远距离温度采集模块＋测井电缆＋传感器，

RS485竖直地埋管地源热泵温度监测系统系统功能：

1、温度在线监测

2、报警功能

3、数据存储

4、定时保存设置

5、历史数据报表打印

6、历史曲线查询等功能。

【技术参数】

1、温度测量范围：-10℃ ～ +100℃

2、温度精度：正负0.5℃ (-10℃ ～ +80℃)

3、分辨率： 0.1℃

4、采样点数：小于128

5、巡检周期：小于3s（可设置）

6、传输技术： RS485、RF(射频技术)、GPRS

7、测点线长：小于350米

8、供电方式： AC220V /内置锂电池可供电1-3年

9、工作温度： -30℃ ～ +80℃

10、工作湿度：小于90%RH

11、电缆防护等级：IP66

使用注意事项：

防水感温电缆经测试与检测，具备一定的防水和耐水压能力，使用时，请按以下方法操作与使用：
1．使用时，建议将感温电缆置于U形管内以方便后期维护。
若置与U形管外，请小心操作，做好电缆防护，防止在安装过程中电缆被划伤，以保持电缆的耐水压能力和使用寿命。
2. 电缆中不锈钢体为传感器所在位置，因温度为缓慢变化量，正常使用时，请等待测物热平衡后再进行测量。
3. 电缆采用三线制总线方式，红色为电源正，建议电源为3-5V DC，黑色为电源负，兰色为信号线。请严格按照此说明接线操作。
4. 系统理论上支持180个节点，实际使用应该限制在150个节点以内。
5.系统具备一定的纠错能力，但总线不能短路。
6. 系统供电，当总线距离在200米以内，则可以采用DC9V给现场模块供电，当距离在500米之内，可以采用DC12V给系统供电。

【北京鸿鸥成运仪器设备有限公司提供定制各个领域用的测温线缆产品介绍】

由北京鸿鸥成运仪器设备有限公司推出的地源热泵温度场测控系统，硬件采取先进的ARM技术；上位机软件使用编程语言技术设计，富有人性、直观明了；测温传感器直接封装在电缆内部，根据客户距离进行封装。目前该系统广泛应用于地源热泵地埋管、地源热泵温度场检测、地源热泵地埋换热井、地源热泵竖井及地源热泵温度场系统进行地温监测，本系统的可靠性和稳定性在诸多工程中已得到了验证并取得了较好的口啤。

地源热泵诊断中土壤温度的监测方法：
　　为了实现地源热泵系统的诊断，必须首先制定保证系统正常运行的合理的标准。在系统的设计阶段，地下土壤温度的初始值是一个重要的依据参数，它也是在系统运行过程中可能产生变化的参数。如果在一个或几个空调采暖周期（一般一个空调采暖周期为1年）后，系统的取热和放热严重不平衡，则这个初始温度会有较大的变化，将会大大降低系统的运行效率。所以设计选用土壤温度变化曲线作为诊断系统是否正常的标准。
　　首先对地源热泵系统所控制的建筑物进行全年动态能耗分析，即输入建筑物的条件，包括建筑的地理位置、朝向、外形尺寸、围护结构材料和房间功能等条件，计算出该区域全年供暖、制冷的负荷，我们根据该负荷，选择合适的系统配置，即地埋管数量以及必要的辅助冷热源，并动态模拟计算地源热泵植筋加固系统运行过程中土壤温度的变化情况，得到初始土壤温度标准曲线。采用满足土壤温度基本平衡要求的运行方案运行，同时系统实时监测土壤温度变化情况，即依靠埋置在地下的测温传感器监测土壤的温度，并且将测得的温度传递给地源热泵系统。

浅层地温能监测系统概况：

地源热泵空调系统利用土壤作为埋地管换热器的热源或热汇，对建筑物进行供热和供冷，在埋地管换热器设计中，土壤的导热系数是很重要的参数，而对地温进行长期可靠的监测显得特别重要。在现场实测土壤导热系数时测试时间要足够长，测试时工况稳定后的流体进出口及不同深度的温度会影响测试结果的准确性。因此地源热泵地埋测温电缆的设计显得尤其重点。较传统的地源热泵测温电缆设计方法，北京鸿鸥成运仪器设备有限公司研发的数字总线式测温电缆因为接线方便、精度高且不受环境影响、性价比高等优点，目前已广泛应用于地埋管及地源热泵系统进行地温监测，因可靠性和稳定性在诸多工程中已得到了验证并取得了较好的口啤。

为方便研究土壤、水质等环境对空调换热井能效等方面的可靠研究或温度测量，目前地源热泵地埋管测温电缆对于地埋换热井，有口径小，深度较深等特点的测温方式,如果测量地下120米的地源热泵井，要放12路线PT100传感器。12根测温线缆若平均放置，即10米放一个探头，则所需线材要1500米，在井上需配置一个至少12通道的巡检仪，若需接入电脑进行温度实时记录，该巡检仪要有RS232或RS485功能,根据以上成本估计，这口井进行地热测温至少成本在8000元，虽然选择高精度的PT100可提高系统的测温精度，但对模拟量数据采集，提供精度的有效办法是提供仪器的AD转换器的位数，即提供巡检仪的测量精度，若能够在长距离测温的条件下进行多点测温，能够做到0.5度的精度，则是非常不容易。针对这一需求，北京鸿鸥成运仪器设备有限公司推出“数字总线式地源热泵地埋管测温电缆”及相应系统。矿井深部地温监测，地源热泵温度监测研究，地源热泵温度测量系统，浅层地热测温系统。

地源热泵数字总线测温线缆与传统测温电缆对比分析：
传统的温度检测以热敏电阻、PT100或PT1000作为温度敏感元件，因其是模拟量，要对温度进行采集，若需较高精度，需要选择12位或以上的AD转换及信号处理电路，近距离时，其精度及可靠性受环境影响不大，但当大于30米距离传输时，宜采用三线制测方式，并需定期对温度进行校正。当进行多点采集时，需每个测温点放置一根电缆，因电阻作为模拟量及相互之间的干扰，其温度测量的准确度、系统的精度差，会受环境及时间的影响较大。模块量传感器在工作过程中都是以模拟信号的形式存在，而检测的环境往往存在电场、磁场等不确定因素，这些因素会对电信号产生较大的干扰，从而影响传感器实际的测量精度和系统的稳定性，每年需要进行校准，因而它们的使用有很大的局限性。

北京鸿鸥成运仪器设备有限公司研发的总线式数字温度传感器，具有防水、防腐蚀、抗拉、耐磨的特性，总线式数字温度传感器采用测温芯片作为感应元件，感应元件位于传感器头部，传感器的精度和稳定性决定于美国进口测温芯片的特性及精度级别，无需校正，因数据传输采用总线方式，总线电缆或传感器外径可做得很小，直径不大于12mm,且线路长短不会对传感器精度造成任何影响。这是传统热电阻测温系统*的优势。所以数字总线式测温电缆是地源热泵地埋管管测温、地温能深井和地层温度监测理想的设备。数字总线式数据传感器本身自带12位高精度数据转换器和现场总线管理器，直接将温度数据转换成适合远距离传输的数字信号，而每个传感器本身都有唯的识别ID，所以很多传感器可以直接挂接在总线上，从而实现一根电缆检测很多温度点的功能。

地源热泵大数据监控平台建设

一、系统介绍

1、建设自动监测监测平台，可监测大楼内室内温度；热泵机组空调侧和地源侧温度、

压力、流量；系统空调侧和地源侧温度、压力、流量；热泵机组和水泵的电压、电流、功率、

电量等参数；地温场的变化等，实现热泵机组运行情况 24 小时实时监测，异常情况预

警，做到真正的无人值守。可对热泵系统的长期运行稳定性、系统对地温场的影响以及能效

比等进行综合的科学评价，为进一步示范推广与系统优化的工作提供数据指导依据。

具体测量要求如下：

1）各热泵机组实时运行情况；

2）室内温度监测数据及变化曲线；

3）室外环境温度数据及变化曲线；

4）机房内空调侧出回水温度、压力、流量等监测数据及变化曲线；

5）机房内地埋管侧出回水温度、压力、流量等监测数据及变化曲线；

6）机房内用电设备的电流、电压、功率、电能等监测数据及变化曲线；

7）地温场内不同深度的地温监测数据及变化曲线；

8）能耗综合分析、系统 COP 分析以及系统节能量的评价分析。

2、自动监测平台建成以后可以对已经安装自动监测设备的地热井实施自动监测的数据分

析展示，可实现地热井和回灌井的水位、水温、流量实施传输分析，并可实现数据异常情况预

警，做到实时监管，有地热井运行的稳定性。

1）开采水量及回水水量的流量监测及变化曲线；

2）开采水温及回水水温的温度监测及变化曲线；

3）开采井井内水位监测及变化曲线；

地源热泵有什么优缺点？太阳能与地源热泵如何相结合使用？

地源热泵有什么优缺点？太阳能与地源热泵如何相结合使用？

引言

太阳能系统与地源热泵系统联合运行的原则

太阳能系统与地源热泵系统联合运行的方式

太阳能系统与地源热泵系统优化运行的适用条件

太阳能系统与地源热泵系统优化运行方式的模拟分析

结论

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提示

地源热泵有什么优缺点？太阳能与地源热泵如何相结合使用？

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引言

太阳能系统与地源热泵系统联合运行的原则

太阳能系统与地源热泵系统联合运行的方式

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