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清華博士園

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ZCQ-007

太陽能與多種熱源互補（采暖+製冷+熱水）系統簡介

生活熱水供熱和冬季熱水采暖供熱是許多地區不可或缺的基本的生活條件。我國有70%的人口需要采暖越冬。采暖耗熱量占年生活總耗熱量的90%。我國能夠享受城市熱力管網或單位、小區局域集中采暖的家庭約占10%，而占90%的城市周邊地區、縣鄉鎮和廣大農村的家庭基本依靠燃煤或土暖氣供熱采暖。供熱采暖是個巨大的熱量消耗和供應市場。

太陽能顯熱與空氣能潛熱是取之不盡、用之不竭的可再生能源。太陽能與空氣能都存在著因為地理位置、氣溫變換與晝夜更替產生的不穩定性影響，但太陽能與空氣能又是強大的供熱資源，一份能量換得一份熱量，只要合理的科學的資源配置，就可以實現太陽能與空氣能供熱采暖應用。第一次世界能源危機，歐美國家就開始了太陽熱能與空氣熱能供熱采暖的應用，並已形成完善的技術體系。房間溫度每升高1℃要增加17%熱耗；18℃標準室溫和不同緯度，每㎡太陽能集熱面積可以驅動3-10㎡建築面積采暖，可以節省30-50%電或燃料；每1KWh空氣熱能可以驅動10-25㎡建築面積采暖，可以節省30-70%電或燃料。

太陽能供熱采暖需要有互補熱源。夜間或陰雨雪或極端低溫天氣，太陽能不能滿足供熱時，需要有互補熱源。互補熱源有電、燃氣、燃煤等。電熱源設備是水循環電熱采暖器和太陽能熱泵；燃氣熱源設備是燃氣壁掛爐；燃煤熱源是熱水采暖爐。

電是潔淨能源，無污染、無明火、普及率高、電價適宜，容易實現安全與節電的自動化控制。隨著新農村建設和城鎮擴建的發展，未來5-10年將有數億家庭喬遷新居而提供巨大的供熱采暖商機。而太陽能光電（熱泵）互補將是主要的供熱采暖方式。

太陽能多熱源互補供熱采暖系統由太陽能集熱器、互補熱源設備和控制裝置組成。在有條件的地區可以採用平板式太陽能集熱器。採用熱泵作為互補熱源時，冬季制熱水供熱采暖，夏季可以製冷水，經風機盤管製冷風實現室內空氣調節。

常用的太陽能集熱器有全玻璃雙真空管集熱器、平板式太陽能集熱器和全玻璃真空管式太陽能集熱器。全玻璃雙真空管（我公司工程全部採用此類真空管式）太陽能集熱器是介於全玻璃真空管、玻璃真空U形管及金屬熱管玻璃真空管式太陽能集熱器之間，採取低溫超導傳熱技術的太陽能集熱設備。全玻璃雙真空管式是采暖專用的太陽能集熱器，其防凍、防過熱、耐久性、使用性等性能優於全玻璃真空管、玻璃真空U形管和平板式集熱器，其價格低於玻璃真空U形管、平板式和金屬熱管玻璃真空管式，略高於全玻璃真空管式。

太陽能采暖設備主要使用全玻璃雙真空管式太陽能集熱器。太陽能采暖供熱系統不同於太陽能熱水系統。用於供熱采暖的全玻璃雙真空管式太陽能集熱器的組合方式分為聯集箱豎插管式和聯集箱橫插管式。

每支Φ58×1800規格的全玻璃雙真空太陽能集熱管，采暖期平均有效得熱量約210KJ/h。

保溫性能不達標的標準住宅，在氣溫-5℃、室溫18℃條件下，采暖供水溫度55℃、供回水溫差10℃時，采暖循環水量為4.5Kg/h，需要提供的熱量為190KJ；

保溫性能達標的標準住宅，在氣溫-5℃、室溫18℃條件下，采暖供水溫度55℃、供回水溫差10℃時，采暖循環水量為2.5Kg/h、需要提供的熱量為105KJ。

我國西部多數地區，冬季-5℃以下日數佔全采暖期1/3，全采暖期晴好天氣與陰雨雪天氣日數比例約9：1，太陽能平均日照在8小時以上，全采暖期統算太陽能貢獻率可以達到采暖總耗熱量的50-60%。太陽能集熱采暖節省的電費或燃氣費用，約3-5年可以收回太陽能集熱裝置的投資。太陽能集熱系統的壽命可以達到15年。

鑒於上述，太陽能采暖不僅是可行的，而且也是安全的，最節能的。

除了太陽能熱源外，空氣能也是省錢的可再生熱源。熱泵是空氣能換熱的唯一設備。

熱泵以冷媒為吸熱介質。空氣蒸發器吸收空氣中“低溫”潛熱Q2完成“等壓蒸發”，冷媒相變為高溫低壓的氣態；壓縮機吸入氣態冷媒進行“等熵壓縮”相變為高溫高壓的液態；此時冷媒中蘊藏著從空氣中吸收的熱量Q2和壓縮機消耗的電能Q1；高溫高壓冷媒經冷凝器釋放熱量（Q1+Q2）完成“等壓冷凝”，水箱的水被加熱，水溫可達65℃。放熱後的冷媒經“等焓節流”再次吸收空氣潛熱。週而復始循環，在標準工況下Q2相當於3倍的Q1,即消耗1份電能，可以獲得4.0份的熱量，熱效率達到300%～500%。熱泵是一種消耗少量高品位電能，而把低品位的空氣潛熱轉移為高溫的一種節能型加熱裝置。熱泵運行成本相當於電熱的1/4，燃氣或燃油的1/3～1/2，壽命達到15年以上。

太陽能集熱器與熱泵結合即成為太陽能熱泵。太陽能熱泵可以取長補短彌補太陽能不穩定性的缺點，充分利用可再生供熱資源。當陰天或日照原因，太陽能往往僅能產生35℃以下低溫熱水，該熱量不能滿足采暖供熱需要，此時利用太陽能熱泵的水源蒸發器吸收太陽能低溫熱量並經熱泵轉換為高溫熱水；同時，利用太陽能熱泵的空氣蒸發器吸收空氣熱源彌補太陽能供熱的不足，雙相互補滿足供熱采暖需要。太陽能熱泵提高了太陽能集熱器與熱泵的整體效果，既可以解決太陽能低溫熱源的充分利用，又可以提高空氣源熱泵的效率，取得一舉多得的效果，再配置合理的水箱，可以減少太陽能集熱面積和熱泵容量的配置，降低系統造價，夏季還可以進行蓄冷運行，滿足房間的製冷空調需要。

滿足太陽能低溫熱源與空氣熱源的熱泵即為多熱源熱泵。多熱源具有很強的實用性和靈活性，是多樣化、多元組合的系統形式，具有經濟合理的技術性能和良好的商業化應用前景。

在極低氣溫（如-15℃以下）工況下，太陽能與熱泵均不能滿足正常的供熱采暖，需要採用電熱源或燃氣熱源或燃煤熱源進行補充加熱。

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