多能互補供熱采暖發(fā)展方向探討

1、多能互補供熱采暖發(fā)展方向探討.、八、一前言伴隨著國家對可再生能源應(yīng)用的重視， 各種能源應(yīng)用形式頻出， 其中一個非常重要的 趨勢就是 “從單一能源到多能源互補”。 多能源組合既可以實現(xiàn)節(jié)能減排的目的，又可以 互相彌補不同能源間的缺點， 通過能源合理配置， 提高居民綠色、舒適的生活品質(zhì)。近幾 年，我國出現(xiàn)供暖需求和供暖現(xiàn)狀的矛盾、 環(huán)境保護與大氣污染、 化石能源枯竭與可再生 能源穩(wěn)定性之間的矛盾， 為了化解這些矛盾， 多種能源協(xié)同供熱互補采暖必將成為國人關(guān) 注的重點發(fā)展方向， 本著節(jié)能環(huán)保， 廣泛應(yīng)用綠色新能源的原則， 今后多種能源協(xié)同供熱 互補采暖系統(tǒng)工程中，必將以太陽能為主，其他能源為輔助能源

2、的工程設(shè)計和應(yīng)用趨勢。太陽能是一種取之不盡用之不竭的可再生綠色能源，從而得到各國的親睞及重點扶 植。能源的使用必須是穩(wěn)定、 可靠、經(jīng)濟適用的， 但是太陽能的利用存在強度低、 不穩(wěn)定、 不連續(xù)等問題， 單純的太陽能利用在供熱采暖領(lǐng)域具有很大局限性， 常規(guī)的太陽嫩供熱系 統(tǒng)很難滿足“全天候”的供熱需求，為滿足“全天候”的要求，常規(guī)方法是采用電加熱為 輔助熱源， 但是電加熱容易引發(fā)安全問題， 而且消耗大量高品質(zhì)能源， 這就促使人們考慮 其他低品質(zhì)能源或新能源作為太陽能的輔助能源協(xié)同利用。 近年來，太陽能與熱泵、 燃氣、 電、生物質(zhì)能等能源互補使用在逐步推廣， “能源集成”， “大光熱系統(tǒng)”成為當(dāng)下太

3、陽 能熱利用行業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵詞。 發(fā)展以太陽能為主， 以其他穩(wěn)定的能源為輔助能源供熱工程 是今后新的發(fā)展方向， 有廣闊的發(fā)展空間和巨大的市場前景， 以下就以太陽能為主， 其他 能源為輔的多種能源協(xié)同供熱采暖的幾個發(fā)展方向以及各發(fā)展方向需要注意的問題加以 探討。1、太陽能熱泵太陽能集熱技術(shù)是利用太陽能集熱器， 收集太陽輻射能把水或其他工質(zhì)加熱的新能源 利用技術(shù)， 是目前太陽能熱能應(yīng)用發(fā)展中最具經(jīng)濟價值、 最成熟且已商業(yè)化的一項應(yīng)用技 術(shù)。而熱泵技術(shù)是一種節(jié)能制冷供熱技術(shù)， 熱泵循環(huán)與制冷循環(huán)本質(zhì)上都是逆向循環(huán)， 實 際上就是一個反方向使用的制冷機， 其熱能大部分來自周圍低溫的環(huán)境介質(zhì)， 只有一部分

4、 由機械能轉(zhuǎn)變而成， 以花費少量機械功作為代價， 將低溫環(huán)境的熱能轉(zhuǎn)移到較高的環(huán)境中。 熱泵的構(gòu)造和制冷機是完全相同的， 只是增加了一個四通電磁換向閥改變制冷機的流向而 已。太陽能熱泵是指把太陽能集熱技術(shù)和熱泵技術(shù)有機結(jié)合起來， 利用太陽能作為蒸發(fā)器 的主要熱源，把經(jīng)過熱泵技術(shù)提升品質(zhì)之后的輔助能源（如地?zé)嵩?、水源、空氣源）做?輔助能源， 多種能源協(xié)同作用的供熱系統(tǒng)， 太陽能熱泵可同時提高太陽能集熱器效率和熱 泵系統(tǒng)性能。 這種多能源協(xié)同作用的供熱系統(tǒng)既可以有效改善太陽能集熱的穩(wěn)定性、 不可 靠性和運行經(jīng)濟性適用性， 又可以在一定程度上避免空氣源熱泵、 水源熱泵、 地?zé)嵩礋岜?等在原有熱源溫

5、度過低時引起的供熱能力和性能系數(shù)降低的問題， 有效提高熱泵對使用環(huán) 境的適應(yīng)性， 具體到實際供熱采暖工程中， 是采用空氣源熱泵、 地源熱泵還是水源熱泵作 為太陽能集熱的輔助能源，要結(jié)合當(dāng)?shù)氐木唧w條件進行實際設(shè)計。太陽能熱泵供熱采暖系統(tǒng)雖熱是多能互補供熱采暖的重要方向之一， 但目前這種采暖 系統(tǒng)還有若干需要重視的問題。性能可靠性各種類型的太陽能熱泵性能都有待提高， 要合理確定各部件之間的匹配關(guān)系以達到投 資運行最佳效益； 要將系統(tǒng)設(shè)計與建筑設(shè)計結(jié)合起來， 充分考慮錯能采暖系統(tǒng)的可靠性和 安全性。山東光普太陽能工程公司辦公樓太陽能與空氣源熱泵聯(lián)合采暖工程投資經(jīng)濟性能源結(jié)構(gòu)和燃料價格直接影響太陽能熱

6、泵的經(jīng)濟性， 例如，我國西部地區(qū)以煤炭為主 的能源結(jié)構(gòu)以及較低的燃料價格必將影響太陽能熱泵的市場競爭力。 同時，太陽能熱泵系 統(tǒng)初投資偏高也是影響其經(jīng)濟性的重要因素之一， 但是后期的運行費用和維護費用要比常 規(guī)采暖方式低得多。性能可行性 系統(tǒng)的設(shè)計和應(yīng)用要充分考慮運行的可行性，既要考慮系統(tǒng)性能又要考慮建筑美觀， 要實行智能化控制，這需要各個專業(yè)、各個領(lǐng)域的人共同努力、相互配合。目前，在我國制約太陽能熱泵應(yīng)用的主要障礙是系統(tǒng)初投資較高以及政府、 建筑設(shè)計 人員和公眾對這一技術(shù)缺乏足夠的了解和認識。 通過政府部門、 科研機構(gòu)和工程技術(shù)人員 的共同努力， 借鑒國內(nèi)外的成功經(jīng)驗， 我國太陽能熱泵將在供

7、熱采暖領(lǐng)域得到較快的推廣 和發(fā)展。2、太陽能與生物質(zhì)能互補 全球權(quán)威能源機構(gòu)預(yù)測，到本世紀(jì)中期太陽能將成為人類能源構(gòu)成中的重要組成部 分。我國陸地表面每年接受太陽輻射能相當(dāng)于約萬億噸標(biāo)準(zhǔn)煤， 全國三分之二的國土面積 年日照在 2200 小時以上，年太陽輻射量超過 5000 兆焦耳每平方（相當(dāng)于 170 千克標(biāo)準(zhǔn) 煤每平方米），豐富的太陽能資源，是中華民族賴以生存、永續(xù)繁衍的最寶貴的資源。生物質(zhì)是指通過光合作用而形成的各種有機體， 包括所有的動植物和微生物。 而所謂 生物質(zhì)能， 就是太陽能以化學(xué)能形式貯存在生物質(zhì)中的能量形式， 即以生物質(zhì)為載體的能 量。它直接或間接地來源于綠色植物的光合作用，

8、可轉(zhuǎn)化為常規(guī)的固態(tài)、液態(tài)、和氣態(tài)燃 料，取之不盡、用之不竭，是一種可再生能源。地球上的生物質(zhì)能資源較為豐富，而且是 一中無害的能源。地球每年經(jīng)光合作用產(chǎn)生的物質(zhì)有 1730 億噸，其中蘊含的能量相當(dāng)于 全世界能源消耗總量的 1020 倍，但目前的利用率不到 3%。我國是農(nóng)業(yè)大國，生物質(zhì)能 資源非常豐富，年產(chǎn)量達 8X 108多噸石油當(dāng)量，但是長期以來我國的生物質(zhì)能的利用率 并不高。太陽能與生物質(zhì)能的結(jié)合有多種形式， 如將太陽能集熱技術(shù)與生物質(zhì)厭氧發(fā)酵技術(shù)的 結(jié)合，利用太陽能集熱能量實現(xiàn)生物質(zhì)高溫發(fā)酵， 降低品質(zhì)、不穩(wěn)定的太陽能和生物質(zhì)能 向高品位沼氣化學(xué)能的轉(zhuǎn)換。 此外，還可以利用太陽能集熱器

9、和生物質(zhì)顆粒燃燒器聯(lián)合組 成一個供暖系統(tǒng)，為建筑物提供冬季采暖和全年生活熱水所需的熱量。太陽能與生物質(zhì)能互補供熱系統(tǒng)的設(shè)計要求滿足以下幾點要求： 可在采暖季安全穩(wěn)定 高效的運行， 穩(wěn)定地為建筑物提供采暖所需熱負荷； 保證基本生活熱水的用量和水質(zhì)； 提 高太陽能的熱利用效率；降低除投資和運行成本；使系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)簡單緊湊。3、太陽能與燃氣協(xié)同利用太陽能是清潔的、 可再生的能源，而且太陽能資源比較豐富，永不枯竭。但是太陽能 的能流密度低， 每平方米集熱器面積實際采集到的年平均太陽能輻射照度不到 100W 。能 流密度隨地區(qū)、 時間、日照角的不同而不同；太陽能受天氣因素影響較大， 具有間歇性和 不可靠性

10、； 太陽能自身不易儲存， 必須轉(zhuǎn)化為其他形式才能儲存利用。 若燃氣壁掛爐與太 陽能熱水技術(shù)聯(lián)合使用， 可緩解天然氣能源短缺的問題。 單一的燃氣壁掛爐的出現(xiàn)代替了 傳統(tǒng)的集中供暖的形式， 但隨之而來也帶來了相應(yīng)弊端。 部分城市要求燃氣公司采取措施， 適當(dāng)控制民用采暖用氣， 以緩解冬季用氣高峰期間天然氣供需矛盾， 保證居民炊事及洗浴 用氣需求。家庭供暖可采用太陽能熱水為主并聯(lián)或串聯(lián)燃氣壁掛爐為輔的供暖形式。 因太陽能是 一種情結(jié)可再生的免費資源， 在經(jīng)濟及空間允許的條件下盡可能增大太陽能的利用即盡可 能增大太陽能集熱器的面積。并且讓太陽能熱水多方面應(yīng)用（冬季采暖和提供生活熱水、 其他季節(jié)提供生活熱

11、水） 。聯(lián)合運行方式分燃氣壁掛爐前置式與后置式。 所謂前置是是指 燃氣壁掛爐安裝在水箱與換熱器之間； 而后置式是指燃氣壁掛爐安裝在采暖系統(tǒng)側(cè)。 大多 數(shù)家庭用燃氣壁掛爐都兼生活熱水與采暖兩用， 后置式安裝采暖系統(tǒng)系統(tǒng)水與生活熱水混 用，給生活熱水水質(zhì)帶來了一定影響，所以相對而言前置式安裝是比較合理的方式。太陽能熱水系統(tǒng)與燃氣壁掛爐聯(lián)合運行的形式， 解決了城市燃氣供量不足的情況。 但 是這套系統(tǒng)控制較為復(fù)雜還需要專業(yè)人員根據(jù)氣候具體情況有針對性的設(shè)計。 以及施工安 裝后，運行調(diào)試都需要專業(yè)人員操作。4、太陽能光熱與光電相結(jié)合利用太陽能光熱與光電相結(jié)合（pvt利用是用光伏/光熱二合一收集器為核心的

12、太陽能利 用系統(tǒng)，實現(xiàn)將光伏 /光熱應(yīng)用合二為一，進一步提高太陽能源的利用效率和擴展太陽能 利用的適用性。研發(fā)和利用熱傳導(dǎo)介質(zhì)可以保障太陽能電池板溫度和發(fā)電效率的基本穩(wěn)定， 大幅度提 高電池效率和低溫?zé)崃康睦寐剩?實現(xiàn)較高的綜合效率， 可保障系統(tǒng)在不需要外部供電條 件下的自行運行。利用傳熱優(yōu)化新技術(shù)，增大換熱面積、流體強制性流動、強化輻射、對 流和熱傳導(dǎo)， 多種換熱方式協(xié)調(diào)作用， 既能降低電池板的溫度， 強化光伏電池板的散熱效 果，提高發(fā)電效率，又能實現(xiàn)太陽能熱利用，為用戶提供熱水。 同時系統(tǒng)在輸出相同能量 的情況下比獨立的光伏、 光熱系統(tǒng)占地面積更少， 是一種具有廣闊前景的新型太陽能綜合

13、利用技術(shù)，特別適用于電力和常規(guī)能源缺乏的偏僻地區(qū)。采用光熱光熱相結(jié)合技術(shù)的太陽能收集器是一種具有廣闊前景的太陽能綜合利用技 術(shù)。具有以下優(yōu)點：集熱器具有較高的綜合效率；增強電池與吸熱版之間的傳熱效果， 降 低電池板溫度，延緩電池板老化，提高收集器的使用壽命； 克服了光熱與光電收集器不見 獨立運行時， 光熱與光電各占各的集熱面積， 綜合占地面積少； 實現(xiàn)了同一套采集系統(tǒng)中 熱電聯(lián)產(chǎn)，自發(fā)的部分電量通過蓄電池蓄電可直接用于驅(qū)動光熱系統(tǒng)溫差自動循環(huán)的直流 泵，減少常規(guī)能源的消耗。 但是光熱光電相結(jié)合在工程應(yīng)用上要注意傳熱工質(zhì)的絕緣性涉 及，保證系統(tǒng)的安全運行。5、總結(jié)隨著城鄉(xiāng)一體化的推進和環(huán)保要求的日益提高， 能源供應(yīng)結(jié)構(gòu)的逐漸變化， 加之建筑 節(jié)能和計量收費改革的推進， 供熱采暖方式日益多樣化。 目前存在的各種供熱采暖方式都 有其存在的合理性和適用條件， 在選擇供熱采暖方式時， 應(yīng)綜合考慮當(dāng)?shù)貧夂驐l件、 環(huán)保 要求、燃料結(jié)構(gòu)、能源效益和經(jīng)濟承受能力等因素，目前，政府部門、建筑設(shè)計部門、房 地產(chǎn)、終端客戶等一致認識到， 太陽能系統(tǒng)只有和其他系統(tǒng)實現(xiàn)多能源互補， 才能真正實 現(xiàn)系統(tǒng)可持續(xù)性、舒適性和綜合節(jié)能。太陽能與其他能源互補使用已成為一種必然趨勢。 尤其是