太陽能分布式跨季土壤蓄熱采暖是結(jié)合我國北方地區(qū)用熱特點(diǎn)，將太陽能集熱技術(shù)、淺層地源熱技術(shù)和土壤蓄熱技術(shù)有效融合的一種新型采暖解決方案。

地源熱泵的工作原理

地源熱泵工作原理是，冬季，熱泵機(jī)組從地源（淺層水體或巖土體）中吸收熱量，向建筑物供暖；夏季，熱泵機(jī)組從室內(nèi)吸收熱量并轉(zhuǎn)移釋放到土壤中，實(shí)現(xiàn)建筑物的空調(diào)制冷。

若完全采用地源熱泵來供暖，地?zé)釗Q熱器（地下U型管）和機(jī)組的初始投資比較高，且連續(xù)運(yùn)行的效率也較低。而在夏季運(yùn)行時(shí)，機(jī)組的容量就過大，造成浪費(fèi)。

熱泵從地下土壤取熱后，土壤溫度降低，容易出現(xiàn)“冷坑”現(xiàn)象，持續(xù)取熱的結(jié)果是，熱泵運(yùn)行費(fèi)用升高，最終會因?yàn)槿崮芰Σ蛔愣c瘓。為了維持土壤的熱平衡，需要一個對土壤補(bǔ)充熱量的過程，以保持熱泵系統(tǒng)長期、穩(wěn)定運(yùn)行。

太陽能跨季蓄熱原理

太陽能跨季土壤蓄熱，即通過集熱系統(tǒng)捕獲太陽的熱量，并通過U型地埋管將熱量傳輸給地下土壤（根據(jù)供暖規(guī)模，需要在某一個地下水位相對較低的區(qū)域內(nèi)提前打數(shù)百口數(shù)十米至上百米的深井，將U型塑料管植入，U型管的兩端分別與地下主管道的主冷管道和主熱管道相接，然后填土掩埋，具體深度因地制宜。集熱系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，通過U型管內(nèi)的高溫介質(zhì)與土壤發(fā)生熱交換，使土壤溫度升高，甚至使其比該取熱區(qū)域周圍的土壤溫度還要高，其上可種?和綠化），使冬季從土壤中取出的熱量在夏季得到補(bǔ)償，維持土壤熱量的基本平衡。

采用太陽能作為輔助熱源，熱泵系統(tǒng)可按照夏季工況進(jìn)行設(shè)計(jì)，由于太陽能集熱器承擔(dān)一部分熱負(fù)荷，這將大大降低地源熱泵系統(tǒng)的初投資。也由于太陽能熱量的輸入提高了土壤的溫度，對提高地源熱泵的能效有很大的幫助，有助于降低系統(tǒng)運(yùn)行費(fèi)用，節(jié)約運(yùn)行成本。

太陽能集熱器的選型

在大型區(qū)域供熱系統(tǒng)中，太陽能集熱器主要以平板型為主。這是因?yàn)槠桨寮療崞骶哂谐袎哼\(yùn)行的特點(diǎn)。

盛拓科集團(tuán)開發(fā)的大平板集熱器集熱效率高。集熱效率比普通平板高 30%以上，熱損比普通平板低 30% ，在低溫工況下對比效果更加明顯。在相同安裝面積的條件下，使用大平板的有效集熱面積更大，節(jié)省占地空間。

大平板集熱器大口徑，阻力小，更適合大面積串聯(lián)使用。與普通平板集熱器相比，采用大平板可節(jié)省輔材70%以上，使用機(jī)械施工，安裝費(fèi)用節(jié)省70%以上，施工期可縮短80%。

太陽能土壤蓄熱+地源熱泵綜合系統(tǒng)的運(yùn)行方式及優(yōu)勢

太陽能作為輔助熱源，與地源熱泵聯(lián)合運(yùn)行時(shí)，主要有兩種運(yùn)行方式：串聯(lián)與并聯(lián)方式。

1.串聯(lián)系統(tǒng)。在此系統(tǒng)中，太陽能集熱器采集的熱量儲存在蓄熱水箱中，水箱中的熱水通過換熱，用于提升進(jìn)入蒸發(fā)器入口的介質(zhì)的溫度，從而提供整個系統(tǒng)的 COP 值。

2.并聯(lián)系統(tǒng)。此系統(tǒng)是將太陽能供熱系統(tǒng)和地源熱泵系統(tǒng)交替使用。當(dāng)太陽能集熱器的溫度較高，可以將集熱器的熱量轉(zhuǎn)移到地下貯存，這樣既可使土壤溫度場得以比較快的恢復(fù)，又可提高集熱效率。當(dāng)太陽能供熱系統(tǒng)不能滿足建筑物需求（陰天或夜間），則可采用地源熱泵系統(tǒng)供熱。

由于可以明顯地減少常規(guī)能源的消耗，地源熱泵+太陽能復(fù)合空調(diào)系統(tǒng)能同時(shí)滿足夏季制冷、冬季供暖和全年生活熱水要求。大大提高太陽能和地源熱泵的利用率，使整個太陽能空調(diào)系統(tǒng)有很好的經(jīng)濟(jì)性。

采用太陽能復(fù)合地源熱泵供暖技術(shù)系統(tǒng)比單一采用地源熱泵的初投資費(fèi)用多增加 30—50 元／m2；使用太陽能復(fù)合地源熱泵供暖技術(shù)系統(tǒng)可以幾乎免費(fèi)制取生活熱水，使冬季采暖的運(yùn)行費(fèi)用降低 2—3 元／m2。從大部分實(shí)際太陽能空調(diào)工程的運(yùn)行數(shù)據(jù)來看，地源熱泵+太陽能復(fù)合空調(diào)系統(tǒng)的初投資回收期約為 6 年左右。因此，從節(jié)能、環(huán)保和經(jīng)濟(jì)方面綜合分析，太陽能復(fù)合地源熱泵供暖系統(tǒng)必將得到大規(guī)模的推廣和應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)與建筑物的有機(jī)結(jié)合并逐步取代常規(guī)能源驅(qū)動的空調(diào)系統(tǒng)。

太陽能跨季土壤蓄熱與地源熱泵耦合供熱技術(shù)在我國北方已有成功應(yīng)用，具有廣闊的市場前景。