复合新能源系统在高校公共浴室中应用研究

史召峰+张正

摘 要：随着科学技术的发展，太阳能和地热能在各方面的应用日益广泛，本文主要对太阳能和地热能两种能源在热水系统方面的性能分析，以研究太阳能和地热能结合起来作为一种复合新能源系统在高校公共浴室中的应用情况。

关键词：复合新能源；太阳能；地热能；地源热泵；高校公共浴室

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

0 引言

在未来的50年中，可再生能源将被作为世界能源应用中的主要能源。地热能和太阳能作为两种可再生能源日益受到重视，这两种能源的开发应用具有无限前景，地热能是一种天然热能，这种地球内部的巨大资源来自于地球内部的熔岩，它的存在方式是以热力的形式存在。而当前的经济技术条件下可以开采的地热能是浅层地热能，埋深一般是地下200米，温度不高于25度。太阳能作为一种可再生能源已经被人类运用在很多方面，比如电力、热水系统等等，人类对太阳能的应用技术已经日趋熟练。本文主要对太阳能和地热能进行综合分析，以研究这两种能源在高校公共浴室中的结合应用，为公共浴室方面的环境治理和资源的节省找出一条新的途径。

1 高效公共浴室中太阳能和地热能的应用分析

1.1 地热能的应用分析

1.1.1 浅层地热能的应用原理

浅层地热能是指地球在收到太阳热力的辐射后，在自身表面潜藏着的一定量的热能。该热能在地球热能的组成中占据着重要部分，目前对于地热能的开发利用中，主要开发的就是浅层地热能，该地热能的温度一般在25度左右，温度稳定，波动小。对于浅层地热能的应用主要是通过热泵技术来实现热交换，将浅层地热能转换为可以供热又能制冷的高位能源。该应用原理是利用地下水温度相对稳定的特性，在输入少量高位品电能的条件下，再利用预埋于建筑物周围的地下水或者管路系统和建筑物内部进行热交换，将低品热能转为高品热能，可以用来制冷或者制热[1]。

1.1.2 浅层地热热水系统的优势

地热能作为一种可再生能源受到人类的关注，在很多工程中都利用了地源热泵的技术。但是地源热泵在现实生活中大多应用于空调系统，在热水系统方面应用较少，但是潜力巨大。对比传统的供热方式浅层地热能有以下优点：

（1）效率高能耗少。在传统的供热方式中，主要以煤气、天然气、燃油、电力、煤等为主要热源，通常都是直接对水加热，使得这些能源的热水系统应用中，投入量高、使用效率小、产生热量少。由于浅层地热能温度稳定性高，利用地源热泵通过转换热能的方式，使得地源热泵的制热效果好，热效率高。对于环境的节能有着重大作用[2]。

（2）经济性高。在对一个热水系统的经济性进行衡量的时候，可以考虑多方面的影响因素，浅层地热能的供热系统以集中供热的方式体现了它的经济性，主要表现为：运行费用低、运行附加费用低、节省空间、节省投资费用。运行费用方面主要见表1，附加费用低是因为不需要别的燃料做热源，从而不需要燃料保管费、运输费等费用。第二，地源热泵热水系统检测周期长，节省检测费用。第三，地源热泵自动化控制程度高，节省工资开支。空间方面不占用室内面积，设备都铺设在地下。总投资省，是因为地源热泵使用寿命长，维修周期长[3]。

（3）环保性强。地源热泵供热系统一般只需要少量的电量和环境中的热量，不用别的燃料，因此，地源热泵工作过程中对环境几乎没有污染，环保性强。

1.1.3 地热能的采集方式分析

（1）地埋管地源热泵采集方式。该方式的热量交换方式主要通过土壤耦合地热交换器进行交换，将土壤耦合地热交换器以水平或者U型的方式安放在地沟或者竖井中。将竖井和管沟里面的热交换器以并联的方式相连接，再通过集管和建筑内的水环路连接。让水循环流动，从而进行交换[4]。

（2）地表水地源热泵采集方式。将土壤热交换器换成地表水热交换器，其连接基本相同，唯一不同的是管内液体与管外的地表水热交换是通过管壁进行的。地表水中也可以使用江河湖海的水[5]。

（3）地下水地源热泵采集方式。该方式有两种系统，一是开式系统，二是闭式系统。开式系统是直接将地下水资源与井水进行吸放热之后进行回灌。闭式系统是利用板式换热器与建筑内的水进行热交换采集热量[6]。

1.1.4 地源热泵供热系统存在的问题和解决措施

（1）科研技术水平不高。浅层地热能的开发需要多种知识，影响因素较多。我国在这方面的技术研发还有待提高。

（2）建筑外管网的施工技術不够纯熟。由于地源热泵在建筑外的管网施工复杂，需要对现场水文和地质进行探测。就目前而言，我国这方面的专业人才太少，施工技术也不成熟。在这方面需要提高管网的施工技术，以便于日后的发展[7]。

（3）地源热泵产品质量不高。我国的地源热泵技术设备研发起步晚，技术水平较低，随着我国近年来的发展，该方面的技术也逐渐得到发展，并且产品质量也得到提高。但在这方面的技术还是比不上先进的国家，因此还要加大科研力度。

（4）国家政策的扶持力量较弱，在制定该方面的技术规范和标准上的力度尚且不够，使得这项技术发展缓慢，在该方面需要国家政策的支持，希望得到国家的重视。

1.2 太阳能的应用分析

1.2.1 太阳能优势概述

太阳能作为一种可再生的清洁资源，是现代最具有期待性的能源之一。地球的太阳能资源异常丰富，获得的太阳能辐射量大，太阳能利用的条件较为充足。太阳能是可再生资源。在地球过去的历史中，太阳能的消耗只有百分之二。而这个时间是十一亿年，可想而知，太阳能资源的丰富。

（1）太阳能在地球上的覆盖率高。地球上的任何一个地方都可以被太阳照射，不用运输。

（2）太阳能无污染。太阳能在使用时不会对地球产生污染，没有噪音，不影响生态平衡[8]。

1.2.2 太阳能供热系统的供热原理

以某浴室工程为实例。

从图中不难看出太阳能热水系统的工作原理。由于太阳能热水系统中的广泛应用，这方面的技术不再短缺，并且此图是公共浴室系统原理图，和高校公共浴室太阳能供热系统工作原理除地形外，其他都一样，这里不做细述。

1.2.3 太阳能热水系统的组成

太阳能供热系统一般分为三个部分：常温水供回水部分、冷热水混合部分和高温热水产出部分。

（1）常温供回水。通过变频供水泵，常温水储存在淋浴间环状管道中通過回水管流入高温水箱。

（2）冷热水混合。分两种情况，第一种使用常温水箱，第二种压力式自控性温度稳定的装置混合冷热水，其中最常用的是常温水箱，但是这种方式占地面积大，经费高。

（3）高温热水部分。加热方式主要有三种，第一种太阳能集热板加热，这个需要值班人员。第二种通过压缩机加热，在天气情况不良时使用。第三种，蒸汽换热加热法，由于该加热系统地处北方，天气寒冷，所以采用这种加热方式。

2 太阳能和地热能在高校公共浴室中的综合应用分析

尽管我国对地热能地源热泵的应用时间较晚，但该能源的应用前景良好，并且地源热泵已经被列入了我国的新能源发展规划中。就目前而言，我国已经建成了很多个大型的地源热泵供热系统工程，包括北京万国城MOMA。而且全国各地还有许多待建工程，建设领域包括企业事业单位、温泉、游泳池等方面。这些工程的成功为我们提供了一定的技术经验，使得日后的该类工程建设更加顺利。一般而言，该类工程大多采用的是土壤耦合热泵系统，该系统的位置一般都处于建筑物基础之下，而太阳能作为新式能源的应用历史比地源热泵的时间要长，在技术上比地源热泵的施工更加成熟，并且太阳能供热系统一般处于地表，和地源热泵供热系统的建设位置不交叉，在高校的公共浴室供热系统建设中，可以将太阳能供热系统和地源热泵供热系统相结合，综合各自的优势去掉多余的部分，保留必须的部分，以便于在不同的情况下使用不同的供热系统，确保高校浴室持续性供应热水。

2.1 将土壤耦合加热器与太阳能加热器分开

在该项目的方案整合中，可以去掉多余的部分，保留必须的部分。一般来说现在建设的地源热泵供热系统一般使用的加热器是土壤耦合加热器，该加热系统一般位置处于建筑物地下。然而太阳能加热系统的加热器在建设中一般使用的是太阳能集热板加热，该装置一般置于建筑物基础之上，与地源热泵的土壤耦合加热器所处的位置并不冲突，在建设中可以使用该方法。

2.2 管道系统的共用

将地源热泵供热系统与太阳能供热系统结合的想法固然是好，但是由于同时使用了两种加热系统，将会增加了经济成本，增加了设施面积和施工时间，在施工质量方面尚且没有保证。为了经济成本的浪费和供热系统的占地面积和时间的浪费，可以试着在实际施工中根据实际情况和两种供热系统的供热原理，适当的把某些管道建设为共用管道，以减少施工成本和施工面积，综合减少该项目的建设成本

2.3 可能出现的问题及解决措施

在这两种供热系统的结合使用上，可能会出现一些问题，比如高校政策不支持和项目的施工技术没有达到相应的水平。针对这两方面，主要是提高施工技术的水平，在施工之前找专业人员事先做好项目设计，再根据设计估算该设想是否可行，如果可行，高校自然支持，如果不行，那就得努力提高设计和施工技术的水平，以取得高校的支持。

3 结语

结合以上所述，将地源热泵和太阳能供热系统结合使用的方法理论上是可行的，但是缺乏实例的支持，因此该项目是否得到实施将会对今后该方面技术的使用和发展起到重要作用。

参考文献：

[1]王永真，罗向龙，陈颖，胡嘉灏，龚宇烈.地热水双击吸收式制冷系统的火用经济分析[J].广东工业大学学报，2015.

[2]李瑞霞，王培浩.深浅结合地热能开发利用工程实例[J].建筑科学，2013.

[3]李建华.浅层地热能勘察测试技术在地源热泵建设中的应用.[J]建筑施工，2013.

[4]沈朝，姜益强，姚杨.洗浴中心废热回收热泵热水系统性能的实验研究[J].建筑科学，2012.

[5]王静，成喜雨.北京市浅层地热能产业发展现状及对策研究[J].中国国土资源，2014

[6]常红连.某住宅小区江水源热泵系统设计[J].江西建材，2016.

[7]吕君.太阳能热水系统在高校公共浴室中的应用[J].低温建筑技术，2014.

[8]史敏，王磊，贾磊，钟瑜.复合供能系统在公共浴室升级改造中应用[J].流体机械，2010.