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太陽能采暖、 製冷、 熱水三聯供係統分析

發布時間:2019-09-11 13:45:00  點擊量:

  隨著社會經濟的發展,能源與環境問題已成為製約世界經濟發展的“瓶頸”。現在,我國在建築釆暖、空調製冷、發電、熱水供應等行業應用方麵,還停留在煤改電、煤改氣等能源結構單一利用階段。我國是一個能源緊缺的國家,急需應用清潔的可再生能源達到節能減排的效果。太陽能采暖、製冷、熱水三聯供係統的建設和推廣可以有效改變我國清潔能源利用率低、環境汙染嚴重、常規能源緊缺等問題,具有良好的經濟和生態效益。

  01、原理

  太陽能采暖、製冷、熱水三聯供(以下簡稱“三聯供”) 係統是指通過太陽能集熱係統把太陽能轉換成熱能並儲存在儲能裝置內,然後通過管網輸送到采暖末端、製冷末端、熱水末端(如散熱器、地板輻射、輻射吊頂、風機盤管、淋浴器、洗手台等) ,為建築提供冬季采暖、夏季製冷、全年熱水的功能。三聯供係統工作原理如圖1所示。

三聯供係統

  02、三聯供係統優點

  三聯供係統分為太陽能采暖循環係統、製冷循環係統、熱水循環係統。

  (1)三聯供係統是一項環保工程。它與普通的單一采暖、製冷、熱水方式不同的是熱源不同,即普通采暖是燃煤、電、油、氣等,而三聯供係統是利用無汙染的太陽能和空氣熱能等可再生能源。

  (2)太陽能係統經濟效益顯著。三聯供係統一般3-5 年即可收回投資成本,而它的使用壽命一般在 20 年左右,所以經濟效益十分顯著。

  (3)節能減排。三聯供係統可以實現冬季采暖、夏季製冷及生活熱水,並且每一個子係統以模塊化組合可以實現獨立運行,根據不同時期的需求進行科學合理的調節,也可以聯機運行。全自動化控製並實現遠程監控,用戶通過手機應用程序可直接對各個係統進行切換調節,實現資源最大化利用。

  (4)三聯供係統各個子係統通過換熱器的形式連接,係統之間循環介質不直接接觸,保證水質循環的清潔,減少了汙染。整個係統具有能效利用合理、損耗小、汙染少、運行靈活、係統經濟性好等特點。

  (5)當太陽能不能滿足係統能源消耗的需求時開啟輔助能源。輔助能源根據地區實際情況的不同,實地考察配備不同類型。例如熱泵輔助、電鍋爐輔助、燃氣輔助等多能互補實現能源的綜合利用。

  (6)三聯供係統是一種建立在能源梯級利用概念基礎上,以太陽能為主要能源,統籌結合滿足冬季供暖、夏季製冷、全年熱水需求的解決方案。係統以靠近用戶、梯級利用、一次能源利用效率高、環保友好、能源供應安全可靠等優勢,適用於大型建築,如學校、酒店、 別墅、辦公室、醫院、加油站、工廠、養殖溫室等,受到廣大用戶的廣泛關注與青睞。

  03、三聯供係統主要部件

  3.1 集熱器

  集熱器作為太陽能熱利用的一個組成部分,其類型主要包括四種:空氣式儲能太陽能集熱器、平板型太陽能集熱器、全玻璃真空管太陽能集熱器、U 型管太陽能集熱器。其中,空氣式儲能太陽能集熱器作為一種以空氣為介質的太陽能集熱器,具有升溫速度快,便於維護,成本較低,泄露不影響係統工作,無需防凍、防腐和具有壽命長等優點, 且易達到與建築的結合; 平板集熱器結構簡單,抗壓、抗外力衝擊力強,故障率低,但保溫與熱性能不如真空管集熱器,且要考慮防凍、泄露、結垢與腐蝕等問題; 真空管及U 型管集熱器換熱效率比較高,但是冬季需要考慮防凍、夏季過熱、結垢與腐蝕問題。

  3.2 儲能裝置

  儲能裝置主要是用來儲存集熱器吸收的熱能並作為中轉站將熱能以熱水的形式輸送到采暖、製冷、生活熱水係統末端。儲能裝置體積小、重量輕。具有優越的蓄熱、絕熱性能,良好的熱傳導性能; 穩定的蓄放熱性能,長期使用無衰減、無汙染。

  3.3 輔助能源

  輔助能源種類:燃油鍋爐、燃氣爐、生物質鍋爐、燃煤鍋爐、電加熱、(水箱內置電加熱或外置電加熱器) 、熱泵。

  燃煤鍋爐啟停時間長,出力調整較困難,較難實現自控或無人職守,且汙染環境。燃油、燃氣鍋爐控製方便,便於調節,可方便實現自控運行,但設備間需要滿足消防要求,並且燃料費用較高。熱泵使用費用低,控製方便,但設備初投資高,此外在北方地區采用普通空氣源熱泵在冬季使用能效比較低。電加熱設備易安裝,控製方便,是太陽能熱水係統最常用的輔助熱源,但運行費用較高,有時因需電力增容會提高係統投資。綜上所述,在選擇輔助熱源時,要綜合考慮各項因素。

  3.4管路

  三聯供係統采用的管材和管件應符合現行業產品要求,管道的工作壓力和工作溫度不得大於產品標準製定的允許工作壓力和工作溫度。太陽能集熱係統管道可采用鋼管、薄壁不鏽鋼、塑鋼熱水管、塑料與金屬複合管等。以乙二醇為主要成分的防凍液係統不宜采用鍍鋅鋼管。熱水管道應選用耐腐蝕並符合衛生要求的管道,一般可采用薄壁銅管、 薄壁不鏽鋼、塑料熱水管、塑料與金屬複合管等。設計時,應在係統管路必要位置設置排氣裝置、泄水裝置、溫度計、壓力表、安全閥、膨脹水箱等輔助設備。閉式係統應設置膨脹罐或泄壓閥。

  3.5管路保溫

  三聯供係統的集熱係統連接管道、水箱、供水管道均應保溫。常用的保溫材料有岩棉、玻璃棉、聚氨酯發泡、橡塑泡棉等材料。管道保溫材料選用要求:

  1)保溫材料製品的允許使用溫度應高於太陽能係統工作的介質最高溫度;

  2)保溫材料不宜采用有機物,以免生蟲,腐爛、生菌、引鼠;

  3)宜采用吸濕性小、存水性弱、對管壁無腐蝕作用的材料,室外管道保溫層外應加保護層防水;

  4)保溫材料應采用非燃和難燃材料。應符合 GB50016 《建築設計防火規範》的要求; 電加熱器的保溫必須采用非燃材料。

  3.6供熱末端

  太陽能係統效率與集熱器種類和工質的工作溫度密切相關,太陽能聯供係統的散熱部件按以下原則選用:

  1)太陽能供熱采暖係統應優先選用低溫輻射供暖係統或風機盤管;

  2)水- 空氣處理設備和散熱器係統宜使用在60~80℃ 工作溫度下效率較高的太陽能集熱器,如太陽能空氣集熱器、高效平板太陽能集熱器或熱管真空管太陽能集熱器。該係統適合夏熱冬冷或溫和地區。

  3.7製冷末端

  製冷末端主要以節能、安靜、舒適、美觀為原則,主要有輻射吊頂,風機盤管等設備。

  3.8 、控製係統

  控製係統應采用智能傳感技術,實現無人值守,全自動化控製,可遠程監控。

  04、太陽能采暖係統工作原理

  太陽能采暖係統是以太陽能作為供暖係統的熱源,將分散的太陽能通過集熱器轉換成熱能,供給建築物冬季采暖和全年其他用熱的係統。係統主要由太陽能集熱器、換熱儲熱裝置、控製係統、其他輔助加熱/ 換熱設備、泵或風機、連接管道和末端供熱采暖係統等構成。

  太陽能采暖係統工作原理如圖 2 所示。

太陽能采暖係統

  在冬季,先將太陽能集熱器加熱的熱水進入儲能裝置,當熱水溫度達到一定值時,從儲能裝置直接向地暖盤管或風機盤管提供熱水, 以達到供熱采暖的目的。當太陽能不足時,也可由輔助能源補充熱量。

  05、太陽能吸收式製冷機的工作原理

  太陽能光熱轉換製冷,首先是將太陽能轉換成熱能,再利用熱能作為外界補償來實現製冷目的。光 - 熱轉換實現製冷主要從以下幾個方麵進行,即太陽能吸收式製冷、太陽能吸附式製冷、太陽能除濕製冷、太陽能蒸汽壓縮式製冷和太陽能蒸汽噴射式製冷。

  在夏季,被太陽能集熱器加熱的熱水首先進入儲能裝置,當熱水溫度達到一定值時,由儲能裝置向吸收式製冷機提供熱媒水,熱媒水驅動吸收式製冷機運行製冷循環。在吸收式製冷機發生器中因熱能被吸收而降溫的低溫熱媒水流回儲能裝置,經由太陽能集熱器再次加熱成高溫熱媒水;同時吸收式製冷機運行製冷循環產生的冷媒水進入空調末端,實現了空調製冷的目的。當太陽能不足時,可由輔助能源補充熱量。太陽能製冷係統工作原理如圖3 所示。

太陽能采暖係統

  根據太陽能熱水輸出熱水溫度高低,機組運行分為太陽能熱水單獨驅動和太陽能熱水+ 燃氣補燃驅動兩種模式。

  06、太陽能熱水係統的工作原理

  太陽能熱水係統是利用太陽能集熱器,收集太陽輻射能把水加熱的一種裝置,是目前太陽熱能應用發展中最具經濟價值、技術最成熟且已商業化的一項應用產品。太陽能熱水係統的分類以加熱循環方式可分為:自然循環式太陽能熱水係統、強製循環式太陽能熱水係統、 直流式太陽能熱水係統三種。

  太陽能熱水係統由太陽能集熱器、管道循環係統、貯水箱、自動控製係統和輔助加熱係統五部分組成。太陽能熱水係統工作原理如圖 4 所示。

太陽能熱水係統

  近年來,隨著我國國民經濟的迅猛發展以及人民生活水平的不斷提高,對采暖、空調、熱水的需求越來越大,太陽能熱利用技術進步加快, 應用市場也發生了新的變化,城鎮建築、工農業應用工程市場快速發展。技術結構從以提供生活熱水為主向采暖、製冷、熱水係統集成技術發展,這為我國太陽能熱利用前景發展提供了廣闊的市場空間。太陽能作為一種可再生的清潔能源具有其它能源無可比擬的優勢。並且全年太陽能的供給與建築物采暖、 製冷、 熱水的需求有較好的一致性。

  07 、總結

  傳統太陽能隻是提供采暖或生活熱水,但是解決不了製冷等問題。漢諾威經過多年研發與應用,把太陽能、儲能裝置、全智能化控製等集成一個采暖、製冷、熱水三聯供係統,係統故障率低,經濟效益高,形成一個整體解決方案。實現了零排放、低能耗、無汙染的運行方式,符合國家節能減排政策,是值得進一步研究和推廣的係統。將太陽能采暖、製冷、熱水進行多元化係統集成,這對於太陽能熱利用行業來說是一種跨界技術創新與整合,將推動整個太陽能熱利用行業脫離熱水利用的初級階段,向全方位能源應用的可持續發展方向邁進。

  版權申明:本微信內容來源《中國太陽能產業資訊》雜誌11月刊 技術交流欄目,版權歸原作者所有,如有侵權,聯係刪除。

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