包頭市漢諾威工業(yè)裝備科技有限責(zé)任公司 栗世芳 付加庭
0.序言
隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，能源與環(huán)境問(wèn)題已成為制約世界經(jīng)濟(jì)發(fā)展的“瓶頸”。目前，我國(guó)在建筑物釆暖、空調(diào)制冷、發(fā)電、熱水供應(yīng)等行業(yè)應(yīng)用方面，還停留在煤改電、煤改氣等能源結(jié)構(gòu)單一利用階段。行業(yè)內(nèi)還沒(méi)有形成很好的多種能源互補(bǔ)及冷、熱、電聯(lián)供的多元化功能應(yīng)用，導(dǎo)致能源浪費(fèi)和重復(fù)投資。我國(guó)是一個(gè)能源緊缺的國(guó)家，應(yīng)用無(wú)污染可再生能源達(dá)到節(jié)能減排的效果，已刻不容緩。太陽(yáng)能采暖、制冷、熱水三聯(lián)供系統(tǒng)的建設(shè)和推廣可以有效改變我國(guó)清潔能源利用率低、環(huán)境污染嚴(yán)重、常規(guī)能源緊缺等問(wèn)題。
1.太陽(yáng)能采暖、制冷、熱水三聯(lián)供系統(tǒng)原理
圖1. 太陽(yáng)能采暖、制冷、熱水三聯(lián)供系統(tǒng)工作原理
太陽(yáng)能采暖、制冷、熱水三聯(lián)供系統(tǒng)是指通過(guò)太陽(yáng)能集熱系統(tǒng)把太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換成熱能并儲(chǔ)存在儲(chǔ)能裝置內(nèi)，然后通過(guò)管網(wǎng)輸送到采暖末端、制冷末端、熱水末端（例如：散熱器、地板輻射、輻射吊頂、風(fēng)機(jī)盤管、淋浴器、洗手臺(tái)等），為建筑提供冬季采暖、夏季制冷、全年熱水的功能。太陽(yáng)能采暖、制冷、熱水三聯(lián)供系統(tǒng)工作原理如圖1所示
2.太陽(yáng)能采暖、制冷、熱水三聯(lián)供系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)
（1）太陽(yáng)能采暖、制冷、熱水三聯(lián)供系統(tǒng)是一項(xiàng)環(huán)保工程。它與普通的單一采暖、制冷、熱水方式不同的是熱源不同，即普通采暖是燃煤、電、油、氣等，而太陽(yáng)能采暖、制冷、熱水系統(tǒng)是利用無(wú)污染、可再生的太陽(yáng)能和空氣能。
（2）太陽(yáng)能系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)效益顯著。太陽(yáng)能采暖、制冷、熱水系統(tǒng)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，所以它的經(jīng)濟(jì)效益也是十分顯著的。
（3）節(jié)能減排。太陽(yáng)能三聯(lián)供系統(tǒng)，它可以實(shí)現(xiàn)冬季采暖、夏季制冷及生活熱水，并且每一個(gè)子系統(tǒng)以模塊化組合可以實(shí)現(xiàn)獨(dú)立運(yùn)行，根據(jù)不同時(shí)期的需求進(jìn)行科學(xué)合理的調(diào)節(jié)，也可以聯(lián)機(jī)運(yùn)行。全自動(dòng)化控制并實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控，并設(shè)有手機(jī)應(yīng)用程序還可以直接使用手機(jī)對(duì)各個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行切換調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)了資源的最大化利用。
（4）采暖、制冷及熱水三聯(lián)供系統(tǒng)各個(gè)子系統(tǒng)通過(guò)換熱器的形式連接，系統(tǒng)之間循環(huán)介質(zhì)不直接接觸，保證水質(zhì)循環(huán)的清潔，減少污染。整個(gè)系統(tǒng)具有能效利用合理、損耗小、污染少、運(yùn)行靈活，系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性好等特點(diǎn)。
（5）當(dāng)太陽(yáng)能不能滿足系統(tǒng)能源消耗的需求時(shí)，開(kāi)啟輔助能源。輔助能源根據(jù)地區(qū)實(shí)際情況的不同，實(shí)地考察配備不同類型。例如熱泵輔助、電鍋爐輔助、燃?xì)廨o助等，多能互補(bǔ)實(shí)現(xiàn)能源的綜合利用。
（6）太陽(yáng)能三聯(lián)供系統(tǒng)是一種建立在能源梯級(jí)利用概念基礎(chǔ)上，以太陽(yáng)能為主要能源，統(tǒng)籌結(jié)合滿足冬季供暖、夏季制冷、全年熱水需求的解決方案。系統(tǒng)以靠近用戶、梯級(jí)利用、一次能源利用效率高、環(huán)保友好、能源供應(yīng)安全可靠等優(yōu)勢(shì)，適用于大型建筑，如學(xué)校、酒店、別墅、辦公室、醫(yī)院、加油站、工廠、養(yǎng)殖溫室等，受到廣大用戶的廣泛關(guān)注與青睞。
太陽(yáng)能三聯(lián)供系統(tǒng)分為太陽(yáng)能采暖循環(huán)系統(tǒng)、制冷循環(huán)系統(tǒng)、熱水循環(huán)系統(tǒng)。
2．太陽(yáng)能采暖、制冷、熱水三聯(lián)供系統(tǒng)主要部件
2.1集熱器
集熱器作為太陽(yáng)能熱利用的一個(gè)組成部分，其類型主要包括四種：空氣式儲(chǔ)能太陽(yáng)能集熱器、平板型太陽(yáng)能集熱器、全玻璃真空管太陽(yáng)能集熱器、U形管太陽(yáng)能集熱器。其中，空氣式儲(chǔ)能太陽(yáng)能集熱器作為一種以空氣為介質(zhì)的太陽(yáng)能集熱器，具有升溫速度快，便于維護(hù)，成本較低，泄露不影響系統(tǒng)工作，無(wú)需防凍、防腐、壽命長(zhǎng)等優(yōu)勢(shì)，且易達(dá)到與建筑的結(jié)合；平板集熱器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，抗壓、抗外力沖擊、能力強(qiáng)，故障率低，但是保溫與熱性能不如真空管集熱器，且要考慮防凍、泄露、結(jié)垢與腐蝕等問(wèn)題，真空管及U形管集熱器換熱效率比較高，但是冬季需要考慮防凍、夏季過(guò)熱、結(jié)垢與腐蝕問(wèn)題。
2.2儲(chǔ)能裝置
儲(chǔ)能裝置主要是用來(lái)儲(chǔ)存集熱器吸收的熱能并作為中轉(zhuǎn)站將熱能以熱水的形式輸送到采暖、制冷、生活熱水系統(tǒng)末端。儲(chǔ)能裝置體積小，重量輕；具有優(yōu)越的蓄熱、絕熱性能，良好的熱傳導(dǎo)性能；穩(wěn)定的蓄放熱性能，長(zhǎng)期使用無(wú)衰減，環(huán)保無(wú)污染。
2.3輔助能源
輔助能源種類：燃油鍋爐、燃?xì)鉅t、生物質(zhì)鍋爐、燃煤鍋爐、電加熱、（水箱內(nèi)置電加熱或外置電加熱器）、熱泵。
燃煤鍋爐啟停時(shí)間長(zhǎng)，出力調(diào)整較困難，較難實(shí)現(xiàn)自控或無(wú)人職守，有環(huán)境污染問(wèn)題。燃油、燃?xì)忮仩t控制方便，便于調(diào)節(jié)，可方便實(shí)現(xiàn)自控運(yùn)行，但設(shè)備間需要滿足消防要求，并且燃料費(fèi)用較高。熱泵使用費(fèi)用低，控制方便，但設(shè)備初投資高，此外在北方地區(qū)采用普通空氣源熱泵在冬季使用能效比較低。電加熱設(shè)備易安裝，控制方便，是太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)最常用的輔助熱源，但運(yùn)行費(fèi)用較高，有時(shí)因需電力增容大大提高系統(tǒng)投資。綜上所述，所以在選擇輔助熱源時(shí)，要綜合考慮各項(xiàng)因素。
2.4管路
太陽(yáng)能采暖、制冷、熱水系統(tǒng)采用的管材和管件應(yīng)符合現(xiàn)行業(yè)產(chǎn)品要求，管道的工作壓力和工作溫度不得大于產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)定的允許工作壓力和工作溫度。太陽(yáng)能集熱系統(tǒng)管道可采用鋼管、薄壁不銹鋼、塑鋼熱水管、塑料與金屬?gòu)?fù)合管等。以乙二醇為主要成分的防凍液系統(tǒng)不宜采用鍍鋅鋼管。熱水管道應(yīng)選用耐腐蝕并符合衛(wèi)生要求的管道，一般可采用薄壁銅管、薄壁不銹鋼、塑料熱水管、塑料與金屬?gòu)?fù)合管等。設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)在系統(tǒng)管路必要位置設(shè)置排氣裝置、泄水裝置、溫度計(jì)、壓力表、安全閥、膨脹水箱等輔助設(shè)備。閉式系統(tǒng)應(yīng)設(shè)置膨脹罐或泄壓閥。
2.5管路保溫
太陽(yáng)能采暖、制冷、熱水系統(tǒng)的集熱系統(tǒng)連接管道、水箱、供水管道均應(yīng)保溫。常用的保溫材料有巖棉、玻璃棉、聚氨酯發(fā)泡、橡塑泡棉等材料。
管道保溫材料選用是有以下要求：
（1）保溫材料制品的允許使用溫度應(yīng)高于太陽(yáng)能系統(tǒng)工作的介質(zhì)最高溫度。
（2）保溫材料不宜采用有機(jī)物，以免生蟲(chóng)，腐爛、生菌、引鼠。
（3）宜采用吸濕性小、存水性弱、對(duì)管壁無(wú)腐蝕作用的材料，室外管道保溫層外應(yīng)加保護(hù)層防水。
（4）保溫材料應(yīng)采用非燃和難燃材料。應(yīng)符合GB50016《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》的要求；電加熱器的保溫必須采用非燃材料。
2.6供熱末端
太陽(yáng)能系統(tǒng)效率與集熱器種類和工質(zhì)的工作溫度密切相關(guān)，太陽(yáng)能聯(lián)供系統(tǒng)的散熱部件按以下原則選用:
（1）太陽(yáng)能供熱采暖系統(tǒng)應(yīng)優(yōu)先選用低溫輻射供暖系統(tǒng)或風(fēng)機(jī)盤管。
（2）水-空氣處理設(shè)備和散熱器系統(tǒng)宜使用在60-80℃工作溫度下效率較高的太陽(yáng)能集熱器，如太陽(yáng)能空氣集熱器、高效平板太陽(yáng)能集熱器或熱管真空管太陽(yáng)能集熱器。該系統(tǒng)適合夏熱冬冷或溫和地區(qū)。
2.7制冷末端
制冷末端主要以節(jié)能、安靜舒適、美觀為原則，主要有輻射吊頂，風(fēng)機(jī)盤管等設(shè)備。
2.8控制系統(tǒng)
控制系統(tǒng)應(yīng)采用智能傳感技術(shù)，實(shí)現(xiàn)無(wú)人值守，全自動(dòng)化控制，可遠(yuǎn)程監(jiān)控。
3.太陽(yáng)能采暖系統(tǒng)的工作原理
太陽(yáng)能供暖系統(tǒng)是以太陽(yáng)能作為供暖系統(tǒng)的熱源，將分散的太陽(yáng)能通過(guò)集熱器轉(zhuǎn)換成熱能，供給建筑物冬季采暖和全年其他用熱的系統(tǒng)。系統(tǒng)主要由太陽(yáng)能集熱器、換熱儲(chǔ)熱裝置、控制系統(tǒng)、其他輔助加熱/換熱設(shè)備、泵或風(fēng)機(jī)、連接管道和末端供熱采暖系統(tǒng)等構(gòu)成。太陽(yáng)能采暖系統(tǒng)其工作原理如圖2所示
圖2. 太陽(yáng)能采暖系統(tǒng)工作原理
在冬季，先將太陽(yáng)能集熱器加熱的熱水進(jìn)入儲(chǔ)能裝置，當(dāng)熱水溫度達(dá)到一定值時(shí)，從儲(chǔ)能裝置直接向地暖盤管或風(fēng)機(jī)盤管提供熱水，以達(dá)到供熱采暖的目的。當(dāng)太陽(yáng)能不足時(shí)，也可由輔助能源補(bǔ)充熱量。
4.太陽(yáng)能吸收式制冷機(jī)的工作原理
太陽(yáng)能光熱轉(zhuǎn)換制冷，首先是將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換成熱能，再利用熱能作為外界補(bǔ)償來(lái)實(shí)現(xiàn)制冷目的。光─熱轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)制冷主要從以下幾個(gè)方向進(jìn)行，即太陽(yáng)能吸收式制冷、太陽(yáng)能吸附式制冷、太陽(yáng)能除濕制冷、太陽(yáng)能蒸汽壓縮式制冷和太陽(yáng)能蒸汽噴射式制冷。
在夏季，被太陽(yáng)能集熱器加熱的熱水首先進(jìn)入儲(chǔ)能裝置，當(dāng)熱水溫度達(dá)到一定值時(shí)，由儲(chǔ)能裝置向吸收式制冷機(jī)提供熱媒水，熱媒水驅(qū)動(dòng)吸收式制冷機(jī)運(yùn)行制冷循環(huán)。在吸收式制冷機(jī)發(fā)生器中因熱能被吸收而降溫的低溫?zé)崦剿骰貎?chǔ)能裝置，經(jīng)由太陽(yáng)能集熱器再次加熱成高溫?zé)崦剿煌瑫r(shí)吸收式制冷機(jī)運(yùn)行制冷循環(huán)產(chǎn)生的冷媒水進(jìn)入空調(diào)末端，實(shí)現(xiàn)了空調(diào)制冷的目的。當(dāng)太陽(yáng)能不足時(shí)，可由輔助能源補(bǔ)充熱量。
圖3. 太陽(yáng)能制冷系統(tǒng)工作原理
根據(jù)太陽(yáng)能熱水輸出熱水溫度高低，機(jī)組運(yùn)行分為太陽(yáng)能熱水單獨(dú)驅(qū)動(dòng)和太陽(yáng)能熱水+燃?xì)庋a(bǔ)燃驅(qū)動(dòng)兩種模式。
5.太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)的工作原理
太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)是利用太陽(yáng)能集熱器，收集太陽(yáng)輻射能把水加熱的一種裝置，是目前太陽(yáng)熱能應(yīng)用發(fā)展中最具經(jīng)濟(jì)價(jià)值、技術(shù)最成熟且已商業(yè)化的一項(xiàng)應(yīng)用產(chǎn)品。 太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)的分類以加熱循環(huán)方式可分為：自然循環(huán)式太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)、強(qiáng)制循環(huán)式太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)、直流式太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)三種。
太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)由太陽(yáng)能集熱器、管道循環(huán)系統(tǒng)、貯水箱、自動(dòng)控制系統(tǒng)和輔助加熱系統(tǒng)五部分組成。
6.太陽(yáng)能采暖、制冷、熱水三聯(lián)供系統(tǒng)的市場(chǎng)前景
近幾年來(lái)， 隨著我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的迅猛發(fā)展以及人民生活水平的不斷提高，對(duì)采暖、空調(diào)、熱水的需求越來(lái)越大，太陽(yáng)能熱利用技術(shù)進(jìn)步加快，應(yīng)用市場(chǎng)也發(fā)生了新的變化，建筑、城鎮(zhèn)化、工農(nóng)業(yè)應(yīng)用工程市場(chǎng)快速發(fā)展。技術(shù)結(jié)構(gòu)從以提供生活熱水為主向采暖、制冷、熱水系統(tǒng)集成技術(shù)發(fā)展，這為中國(guó)太陽(yáng)能熱利用前景發(fā)展提供了廣闊的市場(chǎng)空間。
太陽(yáng)能作為一種可再生的清潔能源具有其它能源無(wú)可比擬的優(yōu)勢(shì)。并且全年太陽(yáng)能的供給與建筑物采暖、制冷、熱水的需求有較好的一致性。
圖4. 太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)工作原理
7．總結(jié)
傳統(tǒng)太陽(yáng)能只是提供采暖或生活熱水，但是解決不了制冷等問(wèn)題。漢諾威經(jīng)過(guò)多年研發(fā)與應(yīng)用，把太陽(yáng)能、儲(chǔ)能裝置、全智能化控制等集成一個(gè)采暖、制冷、熱水三聯(lián)供系統(tǒng)，系統(tǒng)故障率低，經(jīng)濟(jì)效益高，形成一個(gè)整體解決方案。實(shí)現(xiàn)了零排放、低能耗、無(wú)污染的運(yùn)行方式，符合國(guó)家節(jié)能減排政策，是值得進(jìn)一步研究和推廣的系統(tǒng)。漢諾威將太陽(yáng)能采暖、制冷、熱水進(jìn)行多元化系統(tǒng)集成，這對(duì)于太陽(yáng)能熱利用產(chǎn)業(yè)來(lái)說(shuō)是一種跨界技術(shù)創(chuàng)新與整合，將推動(dòng)整個(gè)太陽(yáng)能行業(yè)脫離初級(jí)階段，向能源可持續(xù)發(fā)展方向邁進(jìn)。
