解析新型太阳能采暖系统

随着国家节能减排任务的加剧，以及人们环保意识的加强。每到冬季人们就担心雾霾加剧，尤其是在集中供暖及管道煤气很难达到的地区，这一问题尤为突出。 　　若纯粹采用电暖设备，一则电费很高，二则从全国能源一盘棋的角度看，这是最大浪费，因为我国主要发电方式是火力发电，尤其在北方火力发电的占比更大。而在火力发电中，我国又是以燃煤发电为主。1kg标准煤只能产生3kW·h的电，忽略电的传输损失，电加热效率按95%算，这样采暖热源效率才35%。既浪费又易产生污染。除了电采暖外，比较高效、方便的方式是利用空气源热泵，因为空气源热泵COP（也就是效率）可以达到3左右，可是空气源热泵在天气不好时，出力不足，甚至在低温情况下COP只有1.0左右。 　　随着太阳能热利用行业的发展，太阳能除可提供生活热水，也逐渐在其他热利用相关领域发展，太阳能采暖也逐渐开始推广。 　　传统太阳能采暖系统运行原理如图1所示： 　　该系统的工作原理是：利用太阳能集热器吸收太阳能辐射能量将集热器中的水加热，集热器中的水经过联箱，通过集热循环来加热保温水箱内的水，当水箱温度满足采暖温度要求时，直接供给采暖，当温度低于采暖温度时，则启动辅助能源（锅炉、空气源热泵等）加热水箱内的水，达到设定温度时停止。 　　但是该系统存在以下问题： 　　1. 冬季太阳能供热不足 　　太阳能冬季效率偏低，理论上，本系统水箱内温度不会低于采暖回水温度30℃，在此基础上靠太阳能升温，集热效率较低。 　　2. 非采暖季系统过热严重 　　非采暖季太阳能产生大量热量无处可去，造成系统过热，系统过热使得一些橡胶件容易老化，增加售后强度，导致真空管易炸管，真空度降低，集热效率降低，真空管寿命减少；同时过高的温度也会影响管道寿命。 在总结传统太阳能采暖系统基础上，我们提出一种新型太阳能采暖系统———“三源择优”，即将太阳能、水源、空气源优化组合，每种能源在其工作最优条件下运行，使得系统综合效率最高，辅助能源用量最少，下面结合案例进行详细分析。 　　系统情况：北京某别墅，3层建筑，总建筑面积约850m2，楼顶可利用面积足够，采用地板采暖，利用太阳能实现冬季供暖。 　　系统设备配置：太阳能集热器105m2，双热源热泵15匹，分层保温水箱1.5t。 　　该系统运行原理如图2所示： 　　该系统的工作原理是：利用太阳能集热器吸收太阳能辐射能量将集热器中的水加热，集热器中的水经过联箱，通过集热循环来加热分层保温水箱内的水。正常晴好天气太阳能不断集热，不断供给采暖系统用热，当辐照量不足时，太阳能只需生产出温度高于15℃热水，此热水驱动热泵的水源侧；再由热泵生产出35℃热水，满足供暖要求，多余热量储存起来供夜间防冻使用。当环境条件适合热泵空气系统工作时（例如白天中午前后，温度高于0℃），或太阳能无法提供足够热量驱动热泵水源侧时，则启动热泵空气侧，可根据系统实际使用情况进行调整，最终使系统的太阳能、空气源热泵、水源热泵均在理想条件下运行，从而在满足采暖舒适度前提下，达到最节能的运行状态。 　　该系统具有以下特点：三源择优太阳能供热制冷系统突破传统太阳能采暖系统直接制取达到要求温度热水的概念，采用热能综合利用以及最大化提高整个系统热效率的设计理念，用太阳能源、水源、空气源三源作为采暖系统热源，通过机组智能判断，优化每种能源在其效率最高阶段运行，使系统整体工作效率达到最高值，系统能耗达到最低值，同时有效提高系统供热保障能力。 　　低中高三温区合一的温度分层水箱，分层结果使得水箱上部温度快速提高，系统快速启动，满足供暖要求，而水箱底部温度变化不大，低温有利于系统集热，提高集热器的集热效率, 减少系统热损，提高太阳能保证率，从而减少辅助能源用量。 　　3. 空气源-水源热泵系统 　　空气源- 水源热泵系统是将空气源热泵与水源热泵通过技术及机械手段智能融合在一起的机组，该机组通过智能控制系统进行两种不同热源之间的任意切换选择，通过系统集成技术，与其他系统巧妙结合，使整个系统的工作环境适应性更强，提高能效。 　　系统经济性分析： 　　总结 　　三源择优太阳能采暖系统，优化组合三种能源，提高各能源系统效率，使得系统综合效率最高，较传统太阳能系统保证能力更强，能源费用更低，系统性价比更高。（北京四季通热能系统科技有限公司/ 朱宁王、新红、李继民）