通过热网提高太阳能-空气源热泵的性能

中国沈阳建筑大学的研究人员提出了一种基于太阳能-空气源热泵(SASHP)和热网支持的新型严寒地区供暖系统。基于热网的太阳能-空气源热泵耦合供暖系统(NH-SASHP)以热网为支持负荷，在夜间维持低负荷供暖，并在供暖需求高时减轻热泵的电力负担。

“在清洁能源供暖应用中，热源稳定性制约了我国严寒地区冬季低碳供热的发展，”该小组表示，“为确保传统能源向清洁能源供暖模式平稳转型，以我国严寒地区某办公楼供暖系统为研究对象，研究了传统能源与清洁能源耦合供暖系统的可行性。”

研究首先调查了该系统在中国东北沈阳一栋实际办公楼中的使用情况。目前，该建筑面积为 236 平方米，采用空气源热泵 (ASHP) 将温度加热至 20 摄氏度。通过分析最冷月份 1 月(平均气温为 -12.23 摄氏度)的 ASHP 性能，学者发现三层楼中有两层未能达到 20 摄氏度的目标温度。

“供暖温度达不到设计要求的原因有三个，”该集团强调。“第一是空气源热泵设备容量不足，第二是夜间不供暖，第三是空气源热泵的供暖能力受到环境温度的显著影响。”

为了解决这些问题，该团队提出了一种使用 TRNSYS 软件模拟的 NH-SASHP 设置，该软件基于从建筑物收集的数据。ASHP 的最大加热容量为 15 kW，最大输入功率为 5.19 kW，最大性能系数 (COP) 为 3.66。中央供暖系统的模拟热负荷为 30 kW，热交换面积为 0.7 m2。太阳能集热器的面积为 127 m2，储水箱的体积为 1 m3。

该系统配置为在室温降至 20 C 以下时使用 ASHP。当太阳能集热器入口和出口之间的温差超过 8 C 时，它也会启动，当温差低于 2 C 时停止。当室温降至 16 C 以下时，供暖网主要在夜间启动，一旦室温达到 18 C，供暖网就会停止。在供暖月份，当平均室外温度为 -5.39 C 且太阳辐射强度为 1004.48 kJ/h/m2 时，该系统被激活工作。

“NH-SASHP 系统在供暖季节的总用电量为 4,629.82 千瓦时。与 ASHP 和 SASHP 系统相比，它分别减少了 4,779 千瓦时和 2,463.73 千瓦时，能源效率分别达到 50.79% 和 34.73%”，科学家说。“太阳能贡献率在 35.47%–64.85% 范围内波动，太阳能贡献率越高，NH-SASHP 系统的 COP 改善越大。”

结果表明，所提出的系统的 COP 范围为 4.25 至 10.11。3 月份，NH—SASH 系统 COP 提升幅度最大，比 ASHP 系统高出 166.75%。根据研究结果，NH-SASHP 的运行成本为人民币 7,568 元(1,045 美元)，约为 ASHP 系统的 72.3% 和 SASHP 系统的 81.5%。

该系统在《能源与建筑环境》杂志发表的《我国严寒地区基于热网的太阳能-空气源热泵耦合供暖系统研究》中提出。