多能互補(bǔ)集中供熱系統(tǒng)的選型及應(yīng)用

馬娟 董娟

摘要：近年來我國的建筑規(guī)模呈現(xiàn)出迅猛上漲的趨勢，而伴隨著建筑規(guī)模的上漲導(dǎo)致能源消耗的速度也隨之增加?，F(xiàn)有的市政熱網(wǎng)供熱能力已經(jīng)滿足不了建筑供熱的需求了，所以基于供熱能力有限的條件，本文分析了多能互補(bǔ)的集中供熱系統(tǒng)。互補(bǔ)集熱熱量主要是來源于太陽能和空氣，通過太陽能熱泵技術(shù)、集熱技術(shù)以及市政熱網(wǎng)這三方使其形成能量互補(bǔ)關(guān)系，從而解決當(dāng)前存在的市政熱網(wǎng)供熱能力不足的問題。

Abstract： In recent years， the scale of construction in China has shown a rapid upward trend， and the speed of energy consumption has also increased with the increase in the scale of construction. The existing municipal heating network heating capacity can not meet the needs of building heating， so based on the limited heating capacity， this paper analyzes the multi-energy complementary central heating system. The complementary collector heat is mainly derived from solar energy and air. The solar heat pump technology， heat collecting technology and municipal heat network form a complementary energy relationship， thus solving the problem of insufficient heating capacity of the existing municipal heat network.

關(guān)鍵詞：多能互補(bǔ);供熱系統(tǒng);太陽能集熱系統(tǒng)

Key words： multi-energy complementary;heating system;solar collector system

中圖分類號：TU995 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1006-4311（2019）30-0202-02

0 ?引言

近年來我國的城鎮(zhèn)化的發(fā)展，促使當(dāng)前的建筑數(shù)量以及建筑規(guī)模均發(fā)生了不斷地上升，但是大規(guī)模的建筑一方面增加了能源的消耗，另一方面還導(dǎo)致環(huán)境污染問題愈加的嚴(yán)重。一方面，現(xiàn)在國家的城鎮(zhèn)化進(jìn)程不斷加快，用熱需求也進(jìn)一步增加。另一方面目前供暖需求以及供暖現(xiàn)狀的矛盾、化石能源枯竭與可再生能源穩(wěn)定性之間的矛盾、環(huán)境保護(hù)與大氣污染的矛盾等眾多問題對于供暖產(chǎn)生了嚴(yán)重的影響。為了可以有效的減少碳排放量，保護(hù)生態(tài)環(huán)境，當(dāng)前國家已經(jīng)開始從政策、技術(shù)等方面大力推廣低碳環(huán)保。通過市政熱網(wǎng)為基礎(chǔ)，以工業(yè)余熱、熱電聯(lián)產(chǎn)作為基礎(chǔ)負(fù)荷，并將可再生能源加入其中作為補(bǔ)充，可使城市熱網(wǎng)的供熱能力得到進(jìn)一步增大。

1 ?多能互補(bǔ)集中供熱系統(tǒng)的選型

不同地域、不同需求、不同余熱類型使得不同地區(qū)選擇互補(bǔ)能源的型式就不同，這里主要介紹兩種多能互補(bǔ)集中供熱系統(tǒng)的選型原則，并分析各自的數(shù)學(xué)模型，以便于選型參考。

1.1 不同熱源設(shè)計(jì)負(fù)荷配比的多能互補(bǔ)集中供熱系統(tǒng)

1.1.1 選擇熱源設(shè)備的原則

通過多種熱源共同作用，相互配合地承擔(dān)熱用戶總熱負(fù)荷需求，這種方式就是多能互補(bǔ)集中供熱方式。在供暖期，實(shí)際用熱量是非常大的，但是這種環(huán)境持續(xù)的時間會比較短，到了非供暖期用熱需求就會變小，所以相關(guān)設(shè)備的選擇如果是根據(jù)總設(shè)計(jì)熱負(fù)荷來進(jìn)行的話，那么大部分的時候設(shè)備都是處于低負(fù)荷的運(yùn)行狀態(tài)，這樣將會導(dǎo)致系統(tǒng)初始投資上漲，并且還會致使系統(tǒng)設(shè)備匹配不合理，而熱源設(shè)備的運(yùn)行環(huán)境和運(yùn)行質(zhì)量也會發(fā)生不同程度的下降。因此，為了設(shè)備在高負(fù)荷的環(huán)境下也可以正常平穩(wěn)的運(yùn)行，在設(shè)備選型時，一定要根據(jù)高峰負(fù)荷的百分比來進(jìn)行各熱源設(shè)備的選擇。

多能互補(bǔ)集中供熱系統(tǒng)的熱量來源非常的多，其中主要有：市政熱源、雙熱源熱泵熱源、太陽能集熱器熱源等等，但是由于其中的太陽能集熱器熱源會被天氣因素所影響，所以，在對于熱源設(shè)備選型的時候，考慮使用雙熱源熱泵以及太陽能集熱系統(tǒng)來充當(dāng)熱源[1]。

1.1.2 多能互補(bǔ)系統(tǒng)在不同保證率下的配比

以雙熱源熱泵所承擔(dān)的熱負(fù)荷量為依據(jù)開展系統(tǒng)配置的分析，此時的太陽能集熱器與雙熱源熱泵系統(tǒng)承擔(dān)的供熱負(fù)荷比例不同，而總系統(tǒng)在環(huán)境與經(jīng)濟(jì)上的效益也會存在著不同。因此，不同的負(fù)荷分配比例下的熱源系統(tǒng)配比問題需要加以確定。表1所示的是雙熱源熱泵承擔(dān)總建筑設(shè)計(jì)熱負(fù)荷的系統(tǒng)的運(yùn)行效果、經(jīng)濟(jì)性及節(jié)能效果，分別是65%、70%、75%、80%、85%、90%、95%、100%的條件，可據(jù)此作一定參考[2]。

1.2 多能互補(bǔ)系統(tǒng)設(shè)備選型

1.2.1 太陽能集熱系統(tǒng)設(shè)備選型

在設(shè)計(jì)太陽能集熱系統(tǒng)的時候，由于太陽能會受到氣象條件的影響，并且影響會相對較大，所以在多能互補(bǔ)集中供熱系統(tǒng)中，將太陽能作為輔助熱源，因?yàn)樘柲芗療嵯到y(tǒng)屬于清潔能源，并且在運(yùn)行的過程中，雙熱源熱泵水源側(cè)仍舊需要與太陽能集熱系統(tǒng)聯(lián)合開展運(yùn)行，因此，要想實(shí)現(xiàn)充分利用太陽能集熱器提取熱量的目標(biāo)，那么在對于太陽能集熱系統(tǒng)的負(fù)荷進(jìn)行設(shè)計(jì)的時候，需要與雙熱源熱泵系統(tǒng)的設(shè)計(jì)負(fù)荷保持一致，并以此來開展太陽能集熱器系統(tǒng)設(shè)備的選型[3]。

1.2.2 水-空氣雙熱源熱泵系統(tǒng)設(shè)備選型

這種設(shè)備具有良好的適應(yīng)性，并且在安裝方面具有靈活快捷的特點(diǎn)，所以近年來在工程實(shí)踐中得到了廣泛的應(yīng)用[4]。而雙熱源熱泵的特點(diǎn)在于內(nèi)部會集成水源蒸發(fā)器以及空氣源蒸發(fā)器，而熱泵機(jī)組控制系統(tǒng)主要是通過微電腦程序來實(shí)施的，然后在運(yùn)行過程中，采用兩種熱源模式交替運(yùn)行的方式進(jìn)行系統(tǒng)的完整流程。在外觀上以及供熱系統(tǒng)的設(shè)計(jì)應(yīng)用上，水-空氣源雙熱源熱泵與純空氣源熱泵設(shè)備都非常的相似。

2 ?多能互補(bǔ)集中供熱系統(tǒng)的應(yīng)用

2.1 供熱系統(tǒng)應(yīng)用簡介

系統(tǒng)是由太陽能集熱系統(tǒng)、雙熱源熱泵機(jī)組系統(tǒng)、集中供熱管網(wǎng)系統(tǒng)組成的。其中，雙熱源熱泵機(jī)組系統(tǒng)的熱量來源是從太陽能集熱系統(tǒng)中的蓄熱水箱中進(jìn)行熱量的提取，然后通過將熱量加熱成熱水才可以使用，設(shè)備主要為水-空氣雙熱源復(fù)合熱泵機(jī)組，這種機(jī)器具有空氣源蒸發(fā)器、水源蒸發(fā)器。熱泵既能夠利用集熱系統(tǒng)中的蓄熱水充當(dāng)熱源，還可以利用環(huán)境空氣作為熱源;而集中供熱管網(wǎng)系統(tǒng)的熱源是來源于市政一次網(wǎng)高溫?zé)崴谑姓淮尉W(wǎng)內(nèi)的熱水會首先通過換熱站實(shí)施換熱，然后經(jīng)過二次管網(wǎng)，熱水在到達(dá)供熱末端的時候才可以使用;太陽能集熱系統(tǒng)使通過太陽能集熱器來加熱熱水，然后會儲存在系統(tǒng)的蓄熱水箱內(nèi)，溫度到達(dá)一定程度時，也會傳遞給供熱末端。而如果熱水溫度相對較低，則可以利用雙熱源熱泵的水源側(cè)從蓄熱水箱中提取熱量，以此來達(dá)到能量梯級利用的目的[5]。

2.2 多能互補(bǔ)集中供熱系統(tǒng)的運(yùn)行模式

2.2.1 太陽能運(yùn)行過程中的直接供熱模式

蓄熱水箱內(nèi)的熱水溫度在日照量可觀時就可以達(dá)到設(shè)定的溫度，這表示末端設(shè)備能夠從蓄熱水箱中提取熱量，并且在溫度到達(dá)設(shè)置值之后，系統(tǒng)將會自動的切換運(yùn)行模式，并且是太陽能供熱模式，而多能互補(bǔ)集中供熱系統(tǒng)基于此模式，此時閥門a、b開啟，水泵A、B運(yùn)行，其余的則全部表示為關(guān)閉，在關(guān)閉之后雙熱源熱泵將會停止運(yùn)行，此時的集中供熱換熱站也會停止繼續(xù)進(jìn)行換熱[6]。太陽能直接供熱模式的原理圖如圖1所示。

2.2.2 雙熱源-空氣源熱泵的供熱模式

加熱蓄熱水箱內(nèi)的水溫如果在日照量較弱時，水溫將會不具有供熱條件，但如果空氣溫度較高的話，那么將會自動的切換為雙熱源-空氣源熱泵供熱模式。此時，水泵A開始運(yùn)行，a、b、c、d、h、k則是關(guān)閉的，閥門e、f、g被開啟，雙熱源熱泵蒸發(fā)器的運(yùn)行主要是在空氣源側(cè)進(jìn)行的，而蒸發(fā)器在空氣中進(jìn)行熱量的提取然后將其供應(yīng)給熱用戶。

隨著當(dāng)前建筑物數(shù)量的增長，傳統(tǒng)的市政熱網(wǎng)供熱能力不能滿足實(shí)際需求，所以本文提出的典型多能互補(bǔ)集中供熱系統(tǒng)，通過將空氣、太陽能等清潔能源作為熱量來源的補(bǔ)充，解決當(dāng)前存在的問題，可以起到良好的效果，如果能推廣開，將會從節(jié)能、環(huán)保多角度實(shí)現(xiàn)能量的優(yōu)化利用。

參考文獻(xiàn)：

[1]呂坤，彭曾根.雙熱源熱泵制熱水與供暖性能診斷[J].建筑節(jié)能，2009.

[2]羨曉東.多能互補(bǔ)集中供熱系統(tǒng)應(yīng)用研究[D].河北：河北科技大學(xué)，2018.

[3]張書華，付林.優(yōu)先利用分布式能源及工業(yè)余熱的多能互補(bǔ)供熱模式[J].分布式能源，2018，3（1）：64-68.

[4]河北先發(fā)聲.呼吁采用推廣“太陽能+多能互補(bǔ)”采暖模式[J].中國太陽能工程，2018，000（001）：15.

[5]顏麗娟，馬坤茹，羨曉東.一種清潔能源與市政熱網(wǎng)互補(bǔ)的供熱系統(tǒng)設(shè)計(jì)及模擬研究[J].河北工業(yè)科技，2019，36（3）：183-188.

[6]張伊甸，許佳歡，吳科.太陽能與熱電聯(lián)產(chǎn)互補(bǔ)的供熱系統(tǒng)的研究[J].科技風(fēng)，2015（12）：27.