【正文】 地源熱泵在中國, 現(xiàn)代空調(diào), 2022[11]蔣能照，姚國琦，周啟瑾等。夏熱冬冷地區(qū)建筑節(jié)能技術(shù), 北京: 中國建筑工業(yè)出版社, 2022[3]郁永章主編。 把地源熱泵 技術(shù)與太陽能發(fā)電技術(shù)聯(lián)合在空調(diào)行業(yè)運用,占有雙重優(yōu)勢，同時在設(shè)計中又解決了近幾年來地溫空調(diào)用戶普遍反映的回灌井的回灌效果不好，回灌水從井中溢出；水源熱泵機組中積砂，影響水源熱泵機組的制冷制熱效果等問題，相信在未來幾年內(nèi),太陽能冷暖空調(diào)將很快得到用戶認可,得以推廣使用。能源形勢已 經(jīng)很嚴峻了。這一市 場的空缺將由燃油、燃氣電力、 熱泵供能技術(shù)取代。根據(jù)水質(zhì)不同，每罐 納米晶體的使用壽命 為一年半左右，可定期為設(shè)備添料，達到良好的使用效果。系統(tǒng)防垢水質(zhì)問題導(dǎo)致水垢銹垢產(chǎn)生，引起地源熱泵機發(fā)生一系列故障發(fā)生：1）水吸熱量下降。③旋流除砂器中流出的水不易及時排走，在機房中漫延。地溫中央空 調(diào)未端和 傳統(tǒng)的中央空調(diào)未端沒有什么區(qū)別，主要不同就在于機房和水井。 （6）節(jié) 省 空 間 有 冷 卻 塔 、鍋 爐 房 和 其 它 設(shè) 備 ，省 去 了 鍋 爐 房 ，冷 卻 塔 占 用 的寶 貴 面 積 ，產(chǎn) 生 附 加 經(jīng) 濟 效 益 ，并 改 善 了 環(huán) 境 外 部 形 象 。注:制冷工況以井水或其他水源為排熱源,冷水溫度 為7 ℃,井水溫度為15℃性能參數(shù)為1。制冷劑在蒸 發(fā)器中蒸發(fā)，吸收低溫源介質(zhì)( 水或空氣 )的熱量，達到制冷的目的。蒸汽壓縮式制冷機中，用壓縮機抽出低壓氣并將其提高壓力后排出。在不需使用空調(diào)的春秋季節(jié)則可以作為熱泵熱水器使用。數(shù)據(jù)信號和控制信號統(tǒng)一用ASCH 格式在兩個單片機系 統(tǒng)中進行傳輸，其通 訊 程序與典型的RS232 通訊程序兼容。 圖22為20mA 電流環(huán)接口發(fā)送端和接收端原理圖。根據(jù)實際情況，在 設(shè)計中選用6A 250V AC 型繼電器實現(xiàn)單片機對強電的控制。其中主系統(tǒng)由溫度采集模塊、開關(guān)量采集模塊、開關(guān)量控制模 塊、串口通信模塊組成。 熱泵控制系統(tǒng)分析及其設(shè)計方案 熱泵控制器硬件設(shè)計熱泵的主要控制點有：水泵、壓縮機、 風(fēng)機、除箱 電 磁閥等。工藝流程如圖 19 所示，圖 19 地源熱泵工作原理（制熱模式） 地源熱泵應(yīng)用方式地源熱泵從應(yīng)用的建筑物對象分可分為家用和商用兩大類，從輸送熱量方式分可分為集中系統(tǒng)、分散系 統(tǒng)和混合系統(tǒng)。然后，制冷劑蒸汽再次被壓縮機吸入，開始下一個循環(huán)。地源 熱 泵 通 常 是 指 能 轉(zhuǎn) 移 地 下 土 壤 中 熱 量 或 者 冷 量 到 所 需 要 的 地 方 。同時吸熱管將吸收太陽熱能,將產(chǎn)生的水蒸汽經(jīng)傳輸設(shè)備送到蓄能裝置儲存起來。而在實際應(yīng)用中, 太陽能電池轉(zhuǎn)換效率比較低, 大約20% , 80% 照射到電池表面上的太陽能未能 轉(zhuǎn)換為有用能量, 相當一部分能量轉(zhuǎn)化成為熱能, 使電池溫度升高, 導(dǎo)致電池效率下降。太 陽 能 碟 式 發(fā) 電 也 稱 盤 式 系 統(tǒng) 。同 時 對 集 熱 核 心部 件 鏡 面 反 射 材 料 ，以 及 太 陽 能 中 高 溫 直 通 管 采 取 國 產(chǎn) 化 市 場 化 生 產(chǎn) ，降 低了 成 本 ，并 且 在 運 輸 安 裝 費 用 上 降 低 大 量 費 用 。 采用后種方式的有太陽煙囪和太陽池等發(fā)電技術(shù)。它主要由聚光鏡和熱電裝置組成。通過集熱裝置將太陽輻射的熱能集中, 驅(qū)動發(fā)電機發(fā)電。隨著政府的政策扶植和投資者增加,目前光伏發(fā)電進入了一個快速發(fā)展期,但總體來看, 光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)尚處于起步階段,主要是由于太陽能發(fā)電初期投資大,控制成本高,而太陽能轉(zhuǎn)化效率比較低,且容易受天氣等多種因素影響。至此，系統(tǒng)完成一步跟蹤動作。Δаso、Δ?so—上一步高度角、方位角的 預(yù)修正量。采 用的 是 電 腦 數(shù) 據(jù) 理 論 ，需 要 地 球 經(jīng) 緯 度 地 區(qū) 的 的 數(shù) 據(jù) 和 設(shè) 定 ，一 旦 安 裝 ，就 不便 移 動 或 裝 拆 ，每 次 移 動 完 就 必 須 重 新 設(shè) 定 數(shù) 據(jù) 和 調(diào) 整 各 個 參 數(shù) ；原 理 、電路 、技 術(shù) 、設(shè) 備 復(fù) 雜 ，非 專 業(yè) 人 士 不 能 夠 隨 便 操 作 。逆 變 器 按 運 行 方 式 ，可 分 為 獨 立 運 行 逆 變 器 和 并 網(wǎng) 逆 變 器 。其常閉觸點 J21 閉合，LED4 發(fā)光，指示負載工作正常；蓄電池對負載放電時端電壓會逐漸降低，當端電壓降低到小于預(yù)先設(shè)定的過放電壓值時，A2 的③腳電位低于②腳電 位， ①腳輸出低電位使 Q3 截9止，Q4 導(dǎo)通，LED3 發(fā)光指示過放電， J2 動作，其接點 J21 斷開，正常指示燈LED4 熄滅。 RRPCA2 和 J1 組成過充電壓檢測比較控制電路；RRPCA4 和 J2 組成過放電壓檢測比較控制電路。根據(jù)以上分析得出如下結(jié)論：假設(shè)太陽能電池板在一定條件下的最大功率點為Pm （Vm，Im），其等值 阻抗Rm=Vm/Im, 只有在負載阻抗?jié)M足RoRm的條件下才能實現(xiàn)MPP跟蹤。在中等規(guī)模太陽能發(fā)電系 統(tǒng)中， 還應(yīng)考慮太陽跟蹤技術(shù)所產(chǎn)生的發(fā)電效益。太 陽 能 光 伏 發(fā) 電 的 最 基 本 元 件是 太 陽 能 電 池 （片 ），有 單 晶 硅 、多 晶 硅 、非 晶 硅 和 薄 膜 電 池 等 。其 電 路 圖 如 圖 1所示 ，圖 1 光 伏 發(fā) 電 系 統(tǒng) 主 電 路 圖光 伏 發(fā) 電 是 根 據(jù) 光 生 伏 特 效 應(yīng) 原 理 ,利 用 太 陽 能 電 池 將 太 陽 光 能 直 接 轉(zhuǎn)化 為 電 能 。注：若需提供衛(wèi)生熱水，應(yīng)特別說明。 水系統(tǒng)設(shè)計要求機組冷凍水，冷卻水入口必須設(shè)過濾器。（11）一機多用 地源熱泵系統(tǒng)可供暖，空調(diào)， 還可供生活熱水，一機多用，一套系統(tǒng)可以替換原來的鍋爐加空調(diào)的兩套裝置或系統(tǒng)。 （3）節(jié)省占地面積 省去了冷卻塔、鍋爐及與之配套的煤棚和渣場，節(jié)省了土地資源， 產(chǎn)生附加經(jīng)濟效益，并改善了建筑物的外部形象?？赡婧筒豢赡鏌釞C分別經(jīng)歷可逆和不可逆的循環(huán)過程）利用水循環(huán)把地下水中的熱能收集起來,再進3行能量轉(zhuǎn)換。（5）解決回灌水從井中溢出問題。要在可利用能源每年增長率僅為 3％～5％的條件下滿足國民經(jīng)濟持續(xù)每年增長 8％～9％，就必須重視節(jié)能技術(shù)和節(jié)能產(chǎn)品的開發(fā)利用，這決定了必須在竅門和取暖這一耗能大項上有所改進。設(shè)計 中采用太陽能發(fā)電 來為太陽能冷暖空調(diào)提供所需的高品位 電能,是空調(diào)行業(yè)的創(chuàng)新,隨著人們對環(huán)境的重視。實際上，相對于環(huán)境溫度，冬季，地溫是一個巨大的熱資源，夏季，地溫是一個巨大的冷資源。 為此若能尋找到更理想的新熱源形式取代或部分取代目前多采用的空氣熱源，無疑將有廣泛的 應(yīng)用前景和明 顯的節(jié)能效果。該系統(tǒng)的 輸入端可以連接到太陽能集熱板，超 導(dǎo)地源低溫制冷系 統(tǒng)。據(jù)統(tǒng)計，我國總的能源利用率約為 30％，這僅相當于發(fā)達國家 50 年代的水平。（2）利用水循環(huán)把地下水中的熱能收集起來,進行能量轉(zhuǎn)換,進行制冷、供暖。為使過程是準靜 態(tài)過程，工作物 質(zhì)從高溫 熱源吸熱應(yīng)是無溫度差的等溫膨脹過程，同樣，向低溫?zé)嵩捶艧釕?yīng)是等溫壓縮過 程。 特點（1）高效 一般空調(diào)對著空氣換熱稱為風(fēng)冷熱泵，缺點在于天氣炎熱或者寒冷最需要冷量或熱量時效率反而下降。 （8）舒適 適度除室內(nèi)濕度不過分干燥,而且相對濕度 應(yīng)該始終保持在 60%左右人體最舒適水平，這樣就克服了井水空調(diào)過分潮濕和氟利昂空調(diào)過分干燥的缺陷。 機組組合間距螺桿為 14001800mm，其余 為 600800mm。 電氣控制要求機房內(nèi)電氣專業(yè)的設(shè)計施工， 應(yīng)按照國家有關(guān)規(guī)定進行。太陽能光伏發(fā)電,光 伏 發(fā) 電 是 利 用 半 導(dǎo) 體 界 面 的 光 生 伏特 效 應(yīng) 而 將 光 能 直 接 轉(zhuǎn) 變 為 電 能 的 一 種 技 術(shù) 。所 以 ,光 伏 發(fā) 電 設(shè) 備 極 為 精 煉 ,可靠 穩(wěn) 定 壽 命 長 、安 裝 維 護 簡 便 。這 個 過 程 的 的實 質(zhì) 是 ：光 子 能 量 轉(zhuǎn) 換 成 電 能 的 過 程 。忽略電路的能量 損失， 電路的效率= 1，則輸入功率等于輸出功率Pi = P0 ，即：Vi Ii =Vo Io ，(1)V0/Vi =Io/Ii =Dc，(2)7圖3 Buck電路在太陽能發(fā)電系統(tǒng)中，Vo 是太陽能電池板的輸出電壓，Io是太陽能電池板輸出電流，它 們隨光照強度和溫度發(fā)生變化． 為了使太陽能電池板輸出最大功率，調(diào)整電子開關(guān)S 的脈沖占空比，使Vi、Ii始終工作在最大功率點附近，這就是MPP的工作原理．假設(shè)電路為純電 阻性負載Ro ，由（2）式可知Ri=Vi/Ii, Ro=Vo/Io, (3) Ro/Ri= = ， (4)Io/i）（ DcRo= Ri, (5)2c其中Ri是Buck電路的等值入口阻抗。圖解說明如圖3所示，只有在輸出特性如OB時才可能調(diào)整S的占空比， 實現(xiàn)MPP跟蹤。當蓄電池端電壓小于預(yù)先設(shè)定的過充電壓值時，A1 的⑥腳電位高于⑤腳電位，⑦腳輸出低電位使 Q1 截止，Q2 導(dǎo)通， LED2 發(fā)光指示充電，J1 動作，其接點 JI1 轉(zhuǎn)換位置，硅太陽 電池組件通過對蓄電池充電。蓄電池組是系統(tǒng)儲能裝置,在發(fā)電充足時儲存電能,在夜間或日照不足時向負荷供電， 因 此 能 控 制 蓄 電 池 組 過 充 電 或 過 放 電 的 充 放電 控 制 器 是 必 不 可 少 的 設(shè) 備 。 輸出電壓用指 針表顯示, 電源的工作狀態(tài)用指示燈指標。兩種跟蹤方法在系統(tǒng)中的關(guān)系如圖12所示，圖11 兩種跟蹤方法在系統(tǒng)中的關(guān)系開始跟蹤時，系統(tǒng)首先采用視日運動軌跡跟蹤的跟蹤方法，在地平坐標系中根據(jù)太陽軌跡的算法求出一日內(nèi)某時刻太陽的高度角△а s、和方位角△ ?s的理論值，再加上系統(tǒng)的預(yù)修正量 △аs、△?s，若系統(tǒng)是第一次運行，那么在第一步跟蹤動作里預(yù)修正量為0，但第一步跟蹤動作里的光電跟蹤會產(chǎn)生一個預(yù)修正量，作為第二步的預(yù)修正量，并且第二步的光電跟蹤對此預(yù)修正量進行調(diào)整，調(diào)整量△а、△?為 光電跟蹤調(diào)整電機再次 轉(zhuǎn)動的角度?？刂葡到y(tǒng)控制運動執(zhí)行機構(gòu)在垂直方向和水平方向轉(zhuǎn)動相應(yīng)的角度，角度為預(yù)修正量和視日運動軌跡理論值之和。系統(tǒng)在運行到日落時刻時，會根據(jù)實際轉(zhuǎn)動的角度返回到系統(tǒng)的基準位置。 太陽熱發(fā)電技術(shù)(1)發(fā)電系統(tǒng)構(gòu)成部分及工作原理太陽能熱發(fā)電是利用太陽的熱能發(fā)電,利 用 大 規(guī) 模 陣 列 拋 物 或 碟 形 鏡 面 收集 太 陽 熱 能 ，通 過 換 熱 裝 置 提 供 蒸 汽 ，結(jié) 合 傳 統(tǒng) 汽 輪 發(fā) 電 機 的 工 藝 ，從 而 達到 發(fā) 電 的 目 的 。太陽能量分布圖如圖13所示，圖13 太陽輻射能量分布圖，其中 AM0曲線表示在地球大氣層外接收到的太陽輻射能， 表示通過大氣層以后的太陽輻射能。(3)目前常用的有2種方法: 一種是將太陽光發(fā)射并集中在一起, 稱為聚光式。由 于 反 射 鏡 是 固 定 在 地 上 的 ，所 以 不 僅 能 更 有 效 地 抵 御 風(fēng) 雨的 侵 蝕 破 壞 ，而 且 還 大 大 降 低 了 反 射 鏡 支 架 的 造 價 。接 受 器 上 的 聚 光 倍 率 可 超 過 1000 倍 。但要實現(xiàn)太陽能熱發(fā)電 系統(tǒng)低成本的投資和技術(shù)上的高可靠性運行這要求未來在技術(shù)上要進行新型集熱材料的研究和開發(fā),快速提高跟蹤機構(gòu)的技術(shù)并降低其實現(xiàn)成本。該系統(tǒng)采用了集光和集熱相結(jié)合的方式, 收集模塊上層為光伏電池板, 下部分敷設(shè)一種新型的吸熱管, 它最大的特點是在溫度達到一定程度時直接產(chǎn)生高溫高壓的水蒸汽, 不再需要傳熱介質(zhì)回路, 節(jié)約 了系統(tǒng)成本。開環(huán)系統(tǒng)如抽取地下水或地表水方式。水循環(huán)回路中，冷水在水泵的作用下，進入到冷凝器，在冷凝器中與高溫高 壓氣體進行熱交換，制成熱水。工藝 流程如圖 18 所示，圖 18 地源熱泵工作原理（制冷模式）供 暖 模 式 在制熱狀態(tài)下，地源熱泵機組內(nèi)的壓縮機對冷媒做功，并通過水路切換將水流動方向切換。混合系統(tǒng)：將地源和冷卻塔或加熱鍋爐聯(lián)合使用作為冷熱源的系統(tǒng)，混合系統(tǒng)與分散系統(tǒng)非常類似，只是冷熱源系統(tǒng)增加了冷卻塔或鍋爐。它內(nèi)建了許多周 邊電路，如 電源檢測、模 擬功能、串口以RT 及RC 振蕩看門狗電路、電源監(jiān)控 電路等。當 停 機 工 作 時 室 內(nèi) 機 內(nèi) 溫 度 升 到 開 機 溫 度 時 ，熱 敏 電 阻R1的 阻 值 減 小 ，使 R2的 電 壓 升 高 ，三 極 管 將 飽 和 導(dǎo) 通 ，繼 電 器 J1得 電 吸 合 ，壓 縮 機 開 機 工 作 。但是這些干擾對線路中的電流影響卻不大，因此控制器采用20mA 電流環(huán)接口實現(xiàn)串口通信。在啟動A / D 轉(zhuǎn)換后，必須在2 個機器周期內(nèi)激活掉電模式或空閑模式，以獲得最精確的A / D 轉(zhuǎn)換結(jié)果。ADStart : ORL ADCON ， A ；加入新的通道編號SETB ADCS ；啟動A / D 轉(zhuǎn)換ORL PCON ，02h 。壓縮機排出的高溫高 壓氣態(tài)制冷劑進入冷凝器，被常溫的冷卻水冷卻，凝結(jié) 成高壓液體。冷凝器:冷凝器的作用是將制冷劑從低溫?zé)嵩次盏?熱量及壓縮后增加的熱焙排放到高溫?zé)嵩?。制冷劑再?jīng)壓縮機壓縮成高溫高壓的過熱蒸汽