解析新型太陽能采暖系統(tǒng)

隨著國家節(jié)能減排任務(wù)的加劇，以及人們環(huán)保意識的加強(qiáng)。每到冬季人們就擔(dān)心霧霾加劇，尤其是在集中供暖及管道煤氣很難達(dá)到的地區(qū)，這一問題尤為突出。 　　若純粹采用電暖設(shè)備，一則電費(fèi)很高，二則從全國能源一盤棋的角度看，這是最大浪費(fèi)，因?yàn)槲覈饕l(fā)電方式是火力發(fā)電，尤其在北方火力發(fā)電的占比更大。而在火力發(fā)電中，我國又是以燃煤發(fā)電為主。1kg標(biāo)準(zhǔn)煤只能產(chǎn)生3kW·h的電，忽略電的傳輸損失，電加熱效率按95%算，這樣采暖熱源效率才35%。既浪費(fèi)又易產(chǎn)生污染。除了電采暖外，比較高效、方便的方式是利用空氣源熱泵，因?yàn)榭諝庠礋岜肅OP（也就是效率）可以達(dá)到3左右，可是空氣源熱泵在天氣不好時，出力不足，甚至在低溫情況下COP只有1.0左右。 　　隨著太陽能熱利用行業(yè)的發(fā)展，太陽能除可提供生活熱水，也逐漸在其他熱利用相關(guān)領(lǐng)域發(fā)展，太陽能采暖也逐漸開始推廣。 　　傳統(tǒng)太陽能采暖系統(tǒng)運(yùn)行原理如圖1所示： 　　該系統(tǒng)的工作原理是：利用太陽能集熱器吸收太陽能輻射能量將集熱器中的水加熱，集熱器中的水經(jīng)過聯(lián)箱，通過集熱循環(huán)來加熱保溫水箱內(nèi)的水，當(dāng)水箱溫度滿足采暖溫度要求時，直接供給采暖，當(dāng)溫度低于采暖溫度時，則啟動輔助能源（鍋爐、空氣源熱泵等）加熱水箱內(nèi)的水，達(dá)到設(shè)定溫度時停止。 　　但是該系統(tǒng)存在以下問題： 　　1. 冬季太陽能供熱不足 　　太陽能冬季效率偏低，理論上，本系統(tǒng)水箱內(nèi)溫度不會低于采暖回水溫度30℃，在此基礎(chǔ)上靠太陽能升溫，集熱效率較低。 　　2. 非采暖季系統(tǒng)過熱嚴(yán)重 　　非采暖季太陽能產(chǎn)生大量熱量無處可去，造成系統(tǒng)過熱，系統(tǒng)過熱使得一些橡膠件容易老化，增加售后強(qiáng)度，導(dǎo)致真空管易炸管，真空度降低，集熱效率降低，真空管壽命減少；同時過高的溫度也會影響管道壽命。 在總結(jié)傳統(tǒng)太陽能采暖系統(tǒng)基礎(chǔ)上，我們提出一種新型太陽能采暖系統(tǒng)———“三源擇優(yōu)”，即將太陽能、水源、空氣源優(yōu)化組合，每種能源在其工作最優(yōu)條件下運(yùn)行，使得系統(tǒng)綜合效率最高，輔助能源用量最少，下面結(jié)合案例進(jìn)行詳細(xì)分析。 　　系統(tǒng)情況：北京某別墅，3層建筑，總建筑面積約850m2，樓頂可利用面積足夠，采用地板采暖，利用太陽能實(shí)現(xiàn)冬季供暖。 　　系統(tǒng)設(shè)備配置：太陽能集熱器105m2，雙熱源熱泵15匹，分層保溫水箱1.5t。 　　該系統(tǒng)運(yùn)行原理如圖2所示： 　　該系統(tǒng)的工作原理是：利用太陽能集熱器吸收太陽能輻射能量將集熱器中的水加熱，集熱器中的水經(jīng)過聯(lián)箱，通過集熱循環(huán)來加熱分層保溫水箱內(nèi)的水。正常晴好天氣太陽能不斷集熱，不斷供給采暖系統(tǒng)用熱，當(dāng)輻照量不足時，太陽能只需生產(chǎn)出溫度高于15℃熱水，此熱水驅(qū)動熱泵的水源側(cè)；再由熱泵生產(chǎn)出35℃熱水，滿足供暖要求，多余熱量儲存起來供夜間防凍使用。當(dāng)環(huán)境條件適合熱泵空氣系統(tǒng)工作時（例如白天中午前后，溫度高于0℃），或太陽能無法提供足夠熱量驅(qū)動熱泵水源側(cè)時，則啟動熱泵空氣側(cè)，可根據(jù)系統(tǒng)實(shí)際使用情況進(jìn)行調(diào)整，最終使系統(tǒng)的太陽能、空氣源熱泵、水源熱泵均在理想條件下運(yùn)行，從而在滿足采暖舒適度前提下，達(dá)到最節(jié)能的運(yùn)行狀態(tài)。 　　該系統(tǒng)具有以下特點(diǎn)：三源擇優(yōu)太陽能供熱制冷系統(tǒng)突破傳統(tǒng)太陽能采暖系統(tǒng)直接制取達(dá)到要求溫度熱水的概念，采用熱能綜合利用以及最大化提高整個系統(tǒng)熱效率的設(shè)計理念，用太陽能源、水源、空氣源三源作為采暖系統(tǒng)熱源，通過機(jī)組智能判斷，優(yōu)化每種能源在其效率最高階段運(yùn)行，使系統(tǒng)整體工作效率達(dá)到最高值，系統(tǒng)能耗達(dá)到最低值，同時有效提高系統(tǒng)供熱保障能力。 　　低中高三溫區(qū)合一的溫度分層水箱，分層結(jié)果使得水箱上部溫度快速提高，系統(tǒng)快速啟動，滿足供暖要求，而水箱底部溫度變化不大，低溫有利于系統(tǒng)集熱，提高集熱器的集熱效率, 減少系統(tǒng)熱損，提高太陽能保證率，從而減少輔助能源用量。 　　3. 空氣源-水源熱泵系統(tǒng) 　　空氣源- 水源熱泵系統(tǒng)是將空氣源熱泵與水源熱泵通過技術(shù)及機(jī)械手段智能融合在一起的機(jī)組，該機(jī)組通過智能控制系統(tǒng)進(jìn)行兩種不同熱源之間的任意切換選擇，通過系統(tǒng)集成技術(shù)，與其他系統(tǒng)巧妙結(jié)合，使整個系統(tǒng)的工作環(huán)境適應(yīng)性更強(qiáng)，提高能效。 　　系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性分析： 　　總結(jié) 　　三源擇優(yōu)太陽能采暖系統(tǒng)，優(yōu)化組合三種能源，提高各能源系統(tǒng)效率，使得系統(tǒng)綜合效率最高，較傳統(tǒng)太陽能系統(tǒng)保證能力更強(qiáng)，能源費(fèi)用更低，系統(tǒng)性價比更高。（北京四季通熱能系統(tǒng)科技有限公司/ 朱寧王、新紅、李繼民）